Simplemente tomando un viaje en tren a través de mi ciudad natal, puedo ver puentes de celosía como el de la imagen de arriba en todas partes. Existen numerosas variaciones, pero el diseño más común parece ser este. Pero, ¿por qué se construyen específicamente de esta manera?
Puedo entender intuitivamente por qué tal diseño es probablemente fuerte, pero ¿hay algún tipo de razón profunda? Me interesaría saber la respuesta tanto desde el lado de la física como sea posible. Buscar en Google no ayudó mucho; Pude encontrar información sobre las diferentes variaciones y muchos ejemplos, pero ninguno realmente cubrió de qué se trata específicamente este diseño que lo hace tan popular.
Respuestas:
Eso parece una armadura de Pratt .
Estas armaduras tienen diagonales que van desde los nodos superiores externos a los nodos internos inferiores (es decir, se conectan al acorde superior del nodo más alejado del centro del tramo y al acorde inferior del nodo más cercano al centro) . Este diseño significa que las diagonales están bajo tensión y las verticales están bajo compresión.
Otro diseño famoso es el truss Allan , que es exactamente lo contrario: las diagonales van desde los nodos superiores internos a los nodos inferiores externos, lo que significa que las diagonales están bajo compresión y las verticales están bajo tensión.
La razón por la cual el braguero Pratt es tan común en los puentes de acero es porque tiende a ser más económico. Esto se debe a que el acero funciona mejor bajo tensión que bajo compresión.
Bajo tensión, el acero puede funcionar teóricamente muy cerca de su límite elástico. Bajo compresión, sin embargo, existe el riesgo de pandeo.
El pandeo es un comportamiento de elementos delgados bajo compresión para colapsar efectivamente en cargas muy por debajo de su límite de elasticidad (piense en el clásico experimento "comprimir una regla de ambos extremos"). "Delgado" aquí significa vigas que son muy largas y con secciones transversales relativamente pequeñas (vea la página de relación de esbeltez de Wikipedia ). Las vigas de acero son con frecuencia delgadas y, por lo tanto, se abrochan bajo compresión (en lugar de simplemente aplastarse). Cuanto más largo sea el elemento, menor será el esfuerzo de pandeo y, por lo tanto, mayor será la sección transversal de la viga para resistir el pandeo.
Entonces, con el truss Pratt, las verticales están bajo compresión y las diagonales están bajo tensión. Como se puede ver claramente en la imagen (o derivado de la geometría), las diagonales son más largas que las verticales. Por lo tanto, la carga de pandeo de las diagonales es menor que la vertical.
Entonces, en un truss Allan, las diagonales más largas tendrán una sección transversal más grande y las verticales más cortas tendrán una sección transversal más pequeña. *
Sin embargo, con un truss Pratt, las diagonales más largas pueden tener una sección transversal más pequeña, mientras que las verticales tendrán una sección transversal más grande. *
Por lo tanto, la ventaja de la armadura Pratt es que el material tiende a usarse de manera más eficiente: los elementos más largos tienen una sección transversal tan pequeña (y por lo tanto liviana y barata) como sea posible al "sacrificar" los elementos más cortos. Esto funciona porque esos elementos más cortos requieren una "actualización" más pequeña para resistir el pandeo que los más largos.
* Tenga en cuenta que cuando digo más arriba que, por ejemplo, "las verticales tendrán una sección transversal más grande", no quiero decir que la sección transversal de las verticales sea más grande que las diagonales. Solo quiero decir que será más grande que si el pandeo no fuera un problema.
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