Table of Contents
Ιστορία της Εκτοξεύσεως στην Κατασκευή της Γέφυρας
Η κοπή προέκυψε ως η κυρίαρχη μέθοδος μεταλλικής σύνδεσης κατά τη διάρκεια της Βιομηχανικής Επανάστασης, επιτρέποντας την κατασκευή εμβληματικών γεφυρών όπως η Firth of Forth στη Σκωτία και η Brooklyn Bridge[ στη Νέα Υόρκη. Αυτές οι κατασκευές στηρίχθηκαν σε χιλιάδες χειροκίνητα ή με πνευματικό τρόπο πριτσίνια για να συνδέσουν σφυρηλατημένες σιδερένιες και μεταγενέστερες χαλύβδινες πλάκες και δοκούς. Η τεχνική εξευγενίστηκε καθ' όλη τη διάρκεια του 19ου και αρχές του 20ου αιώνα, αποτελώντας τη ραχοκοκαλιά της κατασκευής χαλύβδινων γεφυρών μέχρι τη συγκόλληση και την υψηλή αντοχή βιδώνα έγινε πρακτική μετά τον Β ́ Παγκόσμιο Πόλεμο.
Η διαδικασία ήταν τόσο μια τέχνη όσο και μια επιστημονική ομάδα πριτσίνια που εργάζονταν σε συντονισμένες συμμορίες για να θερμαίνουν, να ενσωματώνουν και να προσπέλτουν τα καπελάκια στο χώρο εργασίας, συχνά σε επικίνδυνες συνθήκες ψηλά πάνω από ποταμούς ή φαράγγια.
Η Μηχανική μιας Ξυλοδαρμένης Ένωσης
Ένα πριτσίνι είναι ουσιαστικά ένας κυλινδρικός μεταλλικός άξονας με κεφαλή στο ένα άκρο. Για να σχηματίσει μια άρθρωση, το πριτσίνι θερμαίνεται σε θερμοκρασία κεράσι-κόκκινο (περίπου 1.000 ⁇ ,200°F) για να το κάνει πλαστικό, στη συνέχεια τοποθετείται μέσω ευθυγραμμισμένων οπών στις πλάκες που πρόκειται να ενωθούν. Ένα πνευματικό σφυρί ή υδραυλικό πριτσίνι παραμορφώνει το απλό άκρο, σχηματίζοντας μια δεύτερη κεφαλή (το «bucktail») που σφιγκτήρα τις πλάκες μαζί.
Καθώς το πριτσίνι ψύχεται, συσπάται, τραβώντας τις πλάκες μαζί με μια δύναμη σύσφιξης που δημιουργεί μια [[LFT:0]]] άρθρωση φρύξης[[LFT:1]]. Αυτή η ενέργεια συρρικνώσεως-προσαρμοσμένης είναι κρίσιμη: παράγει υπολειμματική συμπιεστική πίεση, η οποία βελτιώνει την αντοχή στην κόπωση και αποτρέπει την ολίσθηση υπό φορτίο. Σε αντίθεση με ένα μπουλόνι, ένα θερμοκίνητο πριτσίνι παράγει μια σχεδόν άσπαστη σύνδεση ⁇ ιδέα για αντίσταση στο διάτμηση και τις δυνάμεις εφελκυσμού σε ζάρια γέφυρας.
Τα rivets ταξινομούνται με σχήμα κεφαλής (κουμπί, countersunk, τηγάνι) και με μέθοδο εγκατάστασης (ζεστό ή κρύο). Στη σύγχρονη συντήρηση γέφυρας, το κρύο πριτσίνι χρησιμοποιείται μερικές φορές για επισκευές, αλλά το ζεστό πριτσίνι παραμένει το πρότυπο για την ιστορική αυθεντικότητα.
Προκλήσεις που Αντιμετωπίζονται Κατά τη διάρκεια της κατασκευής της Γέφυρας
Εξαιρετικά ένταση εργασίας και επιδέξια βιοτεχνία
Η κοπή απαιτούσε εξειδικευμένες ομάδες: ένα καζανάκι για να θερμάνουν τα πριτσίνια, ένα για να συγκρατήσει ένα βαρύ dolly bar κατά της κεφαλής του εργοστασίου, και ένα ή δύο rivet που χειρίζονταν τα πνευματικά σφυριά. Κάθε πριτσίνι πήρε δευτερόλεπτα, αλλά ο συντονισμός εξαντλούνταν. Σε μεγάλες γέφυρες όπως η Σαν Φρανσίσκο ⁇ Όκλαντ Μπέι Μπριτζ, πάνω από ένα εκατομμύριο ⁇ βέτ οδηγήθηκαν με χειρωνακτική διαδικασία που κατανάλωνε μήνες εργασίας.
Υψηλές θερμοκρασίες και κίνδυνοι για την ασφάλεια
Η έντονη θερμότητα προκάλεσε επίσης εντοπισμένες αλλαγές στη μικροδομή χάλυβα γύρω από την οπή πριτσίνι ⁇ μερικές φορές οδηγεί σε [] ⁇ ηγματώσεις ζώνης που έχουν επηρεαστεί από τη θερμότητα[ σε παλαιότερους χάλυβες άνθρακα.
Ποιοτικός έλεγχος και δυσκολίες επιθεώρησης
Ένα ανεπαρκώς θερμαινόμενο πριτσίνι μπορεί να μην γεμίσει εντελώς την τρύπα, ένα υπερθερμασμένο πριτσίνι θα μπορούσε να οξειδώσει και να εξασθενήσει. Η μη πλήρης κάμψη είχε ως αποτέλεσμα χαλαρές αρθρώσεις. Πριν την εμφάνιση των υπερηχητικών δοκιμών, οι επιθεωρητές στηρίχθηκαν σε οπτικούς ελέγχους και δοκιμές σφυριού ⁇ που τυλίγουν κάθε πριτσίνι κεφάλι και ακούν για ένα «δαχτυλίδι» έναντι ενός «βροντού».
Έλλειψη ευελιξίας για τροποποιήσεις
Η απομάκρυνση τους απαιτεί γεώτρηση ή καύση του στεφάνη, που βλάπτει το περιβάλλον μέταλλο. Αυτό περιόρισε την ικανότητα να ενισχύσει ή να τροποποιήσει τις υπάρχουσες γέφυρες αργότερα, ένα σημαντικό μειονέκτημα, καθώς τα φορτία κυκλοφορίας αυξήθηκαν κατά τη διάρκεια του 20ού αιώνα.
Λύσεις και Μηχανικές Προόδους
Αυτοματοποιημένα συστήματα ανύψωσης
Αυτές οι μηχανές θα μπορούσαν να παρέχουν σταθερή δύναμη και θερμότητα, μειώνοντας το ανθρώπινο λάθος. Σε εργοστασιακές ρυθμίσεις, αυτόματη πριτσίνια[ συστήματα που οδηγούν τώρα πριτσίνια σε ταχύτητες άνω των 20 ανά λεπτό με έλεγχο ακρίβειας της πίεσης συμπίεσης και ευθυγράμμιση.
Υψηλής έντασης bolts ως άμεση εναλλακτική λύση
Η πιο σημαντική μετατόπιση ήρθε με την ανάπτυξη υψηλής αντοχής δομικά μπουλόνια (ASTM A325 και A490). Οι μπουλόνια προσφέρουν αρκετά πλεονεκτήματα: μπορούν να εγκατασταθούν με λιγότερο εξειδικευμένη εργασία, δεν απαιτούν θέρμανση, επιτρέπουν έλεγχο τάσης μέσω της ροπής ή της στροφής των καρπών και αποσπώνται για αντικατάσταση ή μετασκευή. Σήμερα, σχεδόν όλες οι νέες συνδέσεις γέφυρα χάλυβα χρησιμοποιούν βιδωτή ή συγκόλληση; Το πριτσίνι προορίζεται για εργασίες αποκατάστασης.
Προκατασκευή και συγκόλληση καταστημάτων
Οι σύγχρονες γέφυρες συχνά συναρμολογούνται από προκατασκευασμένα εξαρτήματα συγκολλημένα ή βιδωμένα σε ελεγχόμενο περιβάλλον καταστήματος. Αυτό μειώνει το πεδίο πριτσίνι (ή βιδώματος) σε μόνο τις τελικές συνδέσεις ⁇ εξοικονομώντας χρόνο και βελτιώνοντας την ποιότητα. Για παράδειγμα, οι αρθρωτές χαλύβδινες κολπίσκους αποστέλλονται σε τμήματα και συνδέονται με κρουστικές αρθρώσεις που μιμούνται τη δύναμη σύσφιξης των παλαιών πριτσίνιων.
Μη καταστροφικές δοκιμές για υπάρχουσες προεξοχές
Η διατήρηση των ιστορικών προεξοφλημένων γεφυρών βασίζεται πλέον σε δοκιμές υπερήχων, επιθεώρηση μαγνητικών σωματιδίων και ακτινογραφική απεικόνιση[]] για την αξιολόγηση της ακεραιότητας των πριτσίνι χωρίς αφαίρεση.
Riveting εναντίον Bolting εναντίον συγκόλλησης: Μια συγκριτική ανάλυση
| Attribute | Riveting | Bolting | Welding |
|---|---|---|---|
| Clamping force | High (from thermal contraction) | Controlled (torque/pretension) | None (fusion joint) |
| Labor skill | Very high | Moderate | High (certified welders) |
| Fatigue resistance | Excellent (friction joint) | Good (slip-critical) | Variable (needs stress relief) |
| Inspectability | Difficult (hidden shank) | Easier (visual + torque check) | Requires NDT |
| Removability | Destructive | Nondestructive | Destructive |
| Speed of installation | Slow | Fast | Moderate |
Η συγκόλληση παρέχει μια συνεχή, άκαμπτη σύνδεση ιδανική για σύγχρονους χαλύβδινους περιδέραιους, αλλά εισάγει εναπομένουσες πιέσεις και μπορεί να είναι εύθραυστη σε κρύο καιρό. Το bolting προσφέρει την καλύτερη ισορροπία αντοχής, ευερέθιστη και διατηρησιμότητα για συνδέσεις πεδίου.
Διατήρηση Ιστορικών Γεφυρών
Πολλές vintage rivted γέφυρες εξακολουθούν να λειτουργούν, μεταφέροντας σύγχρονα φορτία κυκλοφορίας πολύ πάνω από τον αρχικό σχεδιασμό τους. Οι προσπάθειες διατήρησης απαιτούν προσεκτική αξιολόγηση της κατάστασης πριτσίνι. Το [[LFT:0]] Ιστορικό αμερικανικό αρχείο μηχανικών (HAER)[[LFT:1] τεκμηριώνει αυτές τις γέφυρες, και οργανισμούς όπως το [[LFT:2]] Εθνικό καταπίστευμα για ιστορική συντήρηση[[LFT:3]] υπέρμαχος της συντήρησής τους για την κατεδάφιση.
Αξιοσημείωτο παράδειγμα αποτελεί η Γέφυρα της οδού Σμίθφιλντ[[LFT:1]] στο Πίτσμπουργκ, μια γέφυρα φακών από το 1883 που υπέστη σημαντική αποκατάσταση τη δεκαετία του 1990 χρησιμοποιώντας καύλα με κινητήρα για να διατηρήσει την ιστορική ακρίβεια.
Για την προστασία των υλικών και διαδικασιών, οι μηχανικοί πρέπει να αναπαράγουν πρωτότυπα υλικά και διαδικασίες. Αυτό συχνά περιλαμβάνει την προμήθεια καμίνων πριτσίνι τύπου 19ου αιώνα και την κατάρτιση εξειδικευμένων πληρωμάτων. Πόροι όπως τα Προγράμματα Ιστορικής Τεκμηρίωσης της Εθνικής Υπηρεσίας Πάρκου παρέχουν κατευθυντήριες γραμμές για τέτοιου είδους εργασία.
Σύγχρονες Εφαρμογές της Ρίβινγκ στη Μηχανική Γέφυρας
Ενώ η κατασκευή πριτσίνι είναι σπάνια σε νέες γέφυρες, έχει βρει μια θέση σε [[LFT:0]]retrofit και επισκευή[[LFT:1]]. Τα ψυχροκίνητα πριτσίνια χρησιμοποιούνται σε ορισμένες αρχιτεκτονικές συνδέσεις χάλυβα όπου η θερμοσυγκόλληση θα μπορούσε να βλάψει τις υπάρχουσες επιστρώσεις ή να δημιουργήσει κινδύνους πυρκαγιάς. Επιπλέον, οι [[LFT:2]aerospace[[LFT:3]] και [[LFT:4]heavy machinery[[LFT:5]] βιομηχανίες εξακολουθούν να χρησιμοποιούν πριτσίνια ⁇ απενδυτικά από κατασκευή γέφυρας έχουν προσαρμοστεί για ελαφρά πριτσίνια αλουμινίου σε πάνελ του αεροσκάφους και για μεγάλα πριτσίνια χάλυβα σε εξοπλισμό εξόρυξης.
Η έρευνα για τα πριτσίνια ανάδευσης έχει προκύψει, προσφέροντας ανθεκτικές στη διάβρωση αρθρώσεις χωρίς προ-δρόμηση. Αυτές οι σύγχρονες παραλλαγές διερευνώνται για υβριδικά καταστρώματα από ατσάλι, αν και η ευρεία υιοθέτηση απέχει ακόμα μια δεκαετία.
Συμπέρασμα
Η κοπή ήταν η κρίσιμη τεχνολογία που επέτρεψε στις μεγάλες γέφυρες σιδήρου και χάλυβα του 19ου και των αρχών του 20ου αιώνα. Οι προκλήσεις ⁇ τα μέσα της έντασης της εργασίας, οι κίνδυνοι ασφάλειας, η μεταβλητότητα της ποιότητας και η έλλειψη ευελιξίας ⁇ οι μηχανικοί που στρέφονται προς την ανάπτυξη ανώτερων μεθόδων βιδώματος και συγκόλλησης. Ωστόσο, οι αρχές πίσω από την έλιξη (δύναμη κρούσης, αρθρώσεις τριβής, και θερμική συστολή) παραμένουν θεμελιωμένες στη δομική μηχανική. Η κατανόηση της ιστορίας και των τεχνικών του προσεδάφισης όχι μόνο τιμά το σκάφος των περασμένων κατασκευαστών γεφυρών αλλά επίσης ενημερώνει την τρέχουσα πρακτική διατήρησης και εμπνέει νέες τεχνολογίες σύνδεσης.
Για περαιτέρω ανάγνωση στην ιστορική κατασκευή γέφυρας, δείτε το ASCE Historic Civil Engineering Landmarks πρόγραμμα. Για τα σύγχρονα πρότυπα δομικής βιδώσεως, συμβουλευτείτε το Ερευνητικό Συμβούλιο για τις Δομικές Συνδέσεις (RCSC).