Historia av att cykla i brokonstruktion
Riveting framkom som den dominerande metall-joining metod under den industriella revolutionen, möjliggör byggandet av ikoniska broar som Firth of Forth i Skottland och ]]]Brooklyn Bridge i New York. Dessa strukturer förlitade sig på tusentals handdrivna eller pneumatically driven riveter för att ansluta genombrottsjärn och senare stålplattor och balar 20.
Skiftet från gjutjärn till smidesjärn och sedan till stål direkt påverkade rivning praxis. Tidiga riveter var gjorda av smidesjärn; senare gav kolstål riveter större styrka och enhetlighet. Processen var både en konst och en vetenskap - ångor av riveters arbetade i samordnade gäng för att värma, sätta in och buck riveter på arbetsplatsen, ofta i farliga förhållanden högt över floder eller gorges.
Mekaniken i en eftertraktad gemensam
En rivet är i huvudsak en cylindrisk metallaxel med huvudet på ena änden. För att bilda en led värms riveten till en körsbärsröd temperatur (ca 1 000-1 200 ° F) för att göra den plast, sedan placeras genom anpassade hål i plattorna som ska anslutas. En pneumatisk hammare eller hydraulisk rivat deformerar den vanliga änden, bildar ett andra huvud ("bucktail") som klämmer plattorna tillsammans.
När riveten kyler, kontrakt, dra plattorna tillsammans med en klämkraft som skapar en ] kyla led ]]. Denna krympande åtgärd är avgörande: det genererar resterande kompressiv stress, vilket förbättrar trötthet motstånd och förhindrar glidning under belastning. Till skillnad från en bult, en varmdriven rivet producerar en nästan gapless anslutning - idealisk för motstånd mot skjuv och dragkrafter i brosköldar.
Rivets klassificeras av huvudform (knapp, countersunk, pan) och genom installationsmetod (het eller kallt). I modern bro bevarande, kall rivning används ibland för reparationer, men varm rivning förblir standarden för historisk äkthet.
Utmaningar som ställs inför under eftertraktade brokonstruktion
Extreme Labor Intensity och Skilled Craft
Böjning krävde specialiserade lag: en furnace man för att värma riveter, en ]]] gripare ] för att hantera den varma riveten med tongs, en Bay-up för att hålla en tung dolly bar mot fabrikshuvudet, och en eller två ] riveters
Höga temperatur- och säkerhetsrisker
Värmeriveter som krävs förfalskningar på eller nära bron, vilket innebär brandrisker och exponerar arbetare för brännskador och smält metallstänk. Den intensiva värmen orsakade också lokaliserade förändringar i stålmikrostruktur runt rivethålet - ibland leder till värmepåverkad zon sprickbildning ] i äldre kolstål.
Kvalitetskontroll och inspektionssvårigheter
Uniformitet var svårt att uppnå. En dåligt uppvärmd rivet kanske inte fyller hålet helt; en överhettad rivet kunde oxidera och försvaga. Ofullständiga bucking resulterade i lösa leder. Innan tillkomsten av ultraljudstestning, förlitade sig inspektörer på visuella kontroller och hammare tester - använd varje rivet huvud och lyssna på en "ring" mot en "thud". Detta var subjektivt och kunde missa interna brister.
Brist på flexibilitet för modifieringar
När de väl körts är riveterna permanenta. Att ta bort dem kräver borrning eller bränna ut skanken, vilket skadar den omgivande metallen. Detta begränsade förmågan att förstärka eller ändra befintliga broar senare, en betydande nackdel när trafikbelastningarna ökade under 1900-talet.
Lösningar och teknik framsteg
Automatiserade rivsystem
Från och med 1930-talet ersatte hydrauliska och pneumatiska rivmaskiner handhammare för arbete på plats. Dessa maskiner kunde leverera konsekvent kraft och värme, vilket minskade mänskligt fel. I fabriksinställningarna, automatisk rivning ] system driver nu riveter till priser som överstiger 20 per minut med precisionskontroll av tryck och justering.
Höghållfasthetsbultar som ett direkt alternativ
Den mest betydande förändringen kom med utvecklingen av höghållfasthetskonstruktionsbultar (ASTM A325 och A490) bultar erbjuder flera fördelar: de kan installeras med mindre kvalificerad arbetskraft, kräver ingen uppvärmning, tillåter spänningskontroll via vridmoment eller vändning-of-nut metoder, och är flyttbara för ersättning eller eftermontering. Idag, nästan alla nya stålbroförbindelser använder bultning eller svetsning; reservering är reserverad för restaurering.
Prefabricering och Shop Welding
Moderna broar är ofta monterade från prefabricerade komponenter svetsade eller bultade i en kontrollerad butiksmiljö. Detta minskar fältet rivning (eller bultning) till bara de slutliga anslutningarna - spara tid och förbättra kvaliteten. Till exempel transporteras modulära ståltrussar i sektioner och är anslutna med glidkritiska bultade leder som efterliknar klämkraften hos gamla riveter.
Icke-destruktiv testning för befintliga eftertraktade broar
Bevarande av historiska riveterade broar bygger nu på ultrasonic testning , ]]magnetisk partikelinspektion]] och ]]]]]]]]radiografisk bildbehandling] för att bedöma rivetintegritet utan att avlägsna dessa metoder upptäcker sprickor, korrosion eller lösa riveter, vilket möjliggör riktade reparationer snarare än grossistbyte.
Riveting vs. Bolting vs. Welding: En jämförande analys
| 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 |
Varje metod har sin nisch. Svetsning ger en kontinuerlig, styv anslutning idealisk för moderna stål boxar, men det introducerar reststresser och kan vara spröd i kallt väder. Bolting erbjuder den bästa balansen av styrka, inspektability och underhållsförmåga för fältanslutningar. Riveting, medan föråldras i ny konstruktion, förblir guldstandarden för historisk bro restaurering.
Bevarande av historiska eftertraktade broar
Många vintage riveted broar är fortfarande i tjänst, bär moderna trafik laster långt över deras ursprungliga design. Bevarande insatser kräver noggrann bedömning av rivet tillstånd. Historiska amerikanska Engineering Record (HAER) ] dokument dessa broar, och organisationer som ] National Trust for Historic Preservation förespråkar deras underhåll över demolition.
Ett anmärkningsvärt exempel är ]Smithfield Street Bridge ] i Pittsburgh, en linsbro från 1883 som genomgick en stor restaurering på 1990-talet med hjälp av varmt drivna riveter för att upprätthålla historisk noggrannhet. En annan är ]]]Eads Bridge]]] i St. Louis, vars rullade stålbågar var helt rivet - och fortfarande järnväg och vägtrafik.
För bevarandegraderingsuppfödning måste ingenjörer replikera originalmaterial och förfaranden. Detta innebär ofta inköp av 19-talets rivetugnar och utbildning specialiserade besättningar. Resurser som National Park Service Historic Documentation Programs] ger riktlinjer för sådant arbete.
Moderna tillämpningar av stigning i broteknik
Medan strukturell rivning är sällsynt i nya broar, har den funnit en nisch i ] retrofit och reparation . Kalladrivna riveter används i vissa arkitektoniska stålförbindelser där svetsvärme kan skada befintliga beläggningar eller skapa brandrisker. Dessutom har ]] aerospace och ]]]]] tätverk
Forskning i ]] friction stir rivning och själv-piercing rivets ]]] har uppstått, erbjuder korrosionsresistenta leder utan fördrilling. Dessa moderna varianter utforskas för hybrid stål-konkreta brodäck, men utbredd adoption är fortfarande ett decennium bort.
Slutsats
Riveting var den kritiska tekniken som gjorde det möjligt för de stora järn- och stålbroarna i 19th och början av 20th century. Dess utmaningar - arbetsintensitet, säkerhetsrisker, kvalitetsvariation och brist på flexibilitet - drev ingenjörer att utveckla överlägsna bolting och svetsmetoder. Ändå principerna bakom rivning (klumpkraft, friktionsleder och termisk sammandragning) förblir grundläggande för strukturell teknik. Förstå historien och teknikerna för att rinna inte bara hedrar hant av tidigare brobyggare utan också informerar om nuvarande övning.
För vidare läsning om brokonstruktion, se ASCE Historic Civil Engineering Landmarks ] program. För moderna strukturella bolting standarder, konsultera ]Forskningsrådet om strukturanslutningar (RCSC) specifikation.