Pourquoi utiliser une plaque d'appui qui concentre davantage la charge sur une petite surface?

Voici une photo d'une plaque d'appui où une poutre en béton armé de pont rencontre le remblai de terre

L'envergure du pont est d'environ 20 mètres de long et se compose de deux poutres en béton armé reposant chacune sur deux plaques d'appui comme celle illustrée - une plaque pour chaque extrémité de chaque poutre, soit un total de quatre plaques. Le pont contient une voie ferrée conçue pour 25 tonnes par essieu. La plaque d'appui est en fonte (ou peut-être en acier) et se compose de deux grandes pièces reliées par une charnière.

25 tonnes par essieu signifie que le pont porte quelque chose comme plusieurs centaines de tonnes lorsqu'un train passe, ce qui, nous pouvons supposer, cause au moins cent tonnes par plaque de roulement montrée. Oui, j'ai juste ignoré le poids du pont.

Non seulement les surfaces supérieure et inférieure de la plaque sont plutôt petites, mais la plaque concentre davantage la charge acceptée et la transfère sur la charnière à travers une surface encore plus petite. Fondamentalement, cette charnière plutôt petite accepte à elle seule plus de cent tonnes. Et cela est conçu exprès.

Pourquoi la charge est-elle délibérément concentrée au lieu d'être répartie ou au moins transférée à travers une partie à section uniforme?

Parce que les ponts et autres structures ne sont pas des objets statiques. Ils doivent pouvoir fléchir sous différentes charges et également s'adapter aux changements de longueur dus à la dilatation thermique. L'axe de charnière permet des changements d'angle. et le joint coulissant entre la plaque de charnière supérieure et la plaque plate au bas de la poutre permet des changements de longueur.

Si les connexions étaient rigides, ces forces pourraient détruire la structure au fil du temps.

La raison est assez simple. L'acier est nettement plus résistant que le béton.

De nos jours, nous avons des bétons à hautes performances avec (et ultra-hautes performances, ce qui est sensiblement plus élevé), mais la plupart des structures ordinaires n'utilisent pas de béton à haute résistance. Ce pont semble relativement altéré, donc le béton est probablement au plus (probablement encore moins).f c > 40 $f_c > 100~\text{MPa}$$f_c > 40~\text{MPa}$

L'acier, en revanche, a aujourd'hui au moins , souvent même plus. Je ne crois pas que la résistance de l'acier a évolué aussi rapidement que le béton (corrigez-moi si je me trompe), donc l'acier utilisé sur ce pont est probablement au moins égal à cela.$f_y > 250~\text{MPa}$

L'acier de ce pont est donc 7 à 8 fois plus résistant que le béton. Ainsi, quelle que soit la surface requise par le béton pour transférer en toute sécurité la charge à l'acier (via les plaques), l'acier a en réalité besoin de beaucoup moins, de sorte qu'il peut réduire en toute sécurité ses propres dimensions. Le flambement est contrôlé par le contreventement tout autour de la charnière.

Quant à savoir pourquoi une charnière est utilisée, cela a à voir avec la façon dont le pont a été conçu, comme décrit dans la réponse de @ DaveTweed.

Si vous revenez à vos cours d'ingénierie de base et que vous regardez les diagrammes des moments de flexion pour les poutres, ils seront souvent illustrés avec des supports de rouleaux à broches. Épinglé à 1 extrémité uniquement pour permettre la rotation et connexion à rouleaux à l'autre permettant la rotation et la translation horizontale. Cela rend le faisceau statiquement déterminant.

Lorsque ce pont a été construit à l'origine, les coussinets en élastomère / caoutchouc et quelques autres n'existaient pas en option. Cette conception émule nos formules que nous utilisons pour la conception, ou plutôt les formules fonctionnent avec cet arrangement. Ce type de configuration est donc bon. Il nous permet d'utiliser nos formules comme prévu, maintient la conception simple et utilise la technologie de l'époque. De plus, comme mentionné dans d'autres postes, il permet une rotation au support en raison de la charge vive, des variations de mort ou de l'affaissement après l'enlèvement de l'étayage (construction étayée supposée. Si la poutre était levée en place après la coulée, la grande la tôle d'acier incrustée dans le béton permet des imprécisions dans la mesure de la portée et même de la mise en place, ainsi qu'un support en cas de léger décalage du faisceau dû aux vibrations ou tremblements de terre.

Remarque, vous verrez également une configuration similaire avec des poutres en acier sur différents types de roulements. Je crois que le terme chaussure ou plaque de chaussure sera utilisé, bien que cela puisse être plus pour les bâtiments que pour les ponts.

En aparté

En ce qui concerne les ponts «RAIL», la grande majorité en Amérique du Nord conçue pour AREMA sera constituée de travées simples, qu'il s'agisse de ponts à travée unique ou à travées multiples. J'ai trouvé cette déclaration drôle pendant mon cours AREMA alors que je venais de terminer l'inspection d'une douzaine de ponts ferroviaires dans ma ville, la grande majorité ne suivant pas cette règle. Dans les ponts routiers, vous aurez tendance à voir continuellement la charge utile et ces ponts ne sont donc pas statiquement déterminants.