Bro

En bro er en konstruksjon som gjør det mulig å krysse et geografisk trekk som en elv , en canyon , en dal eller en vannmasse , eller en hvilken som helst annen fysisk hindring, for eksempel en motorvei , en sti eller en jernbane . [ 1 ] Utformingen av hver bro varierer avhengig av dens funksjon og arten av terrenget den er bygget på.

Prosjektet og dets beregninger tilhører konstruksjonsteknikk , [ 2 ] er mange typer design som har blitt brukt gjennom historien, påvirket av tilgjengelige materialer, utviklet teknikker og økonomiske hensyn, blant andre faktorer. Når man analyserer utformingen av en bro, er kvaliteten på jorda eller steinen der den skal støttes og regimet til elven som den krysser, av største betydning for å garantere levetiden.

Broenes historie

Menneskets behov for å krysse små bekker og elver var begynnelsen på broenes historie. Frem til i dag har teknikken gått fra en enkel plate til store hengebruer på flere kilometer og kryssende bukter. Broer har gjennom historien blitt ikke bare et helt grunnleggende element for et samfunn, men også et symbol på dets teknologiske kapasitet.

Fra forhistorie til de store romerske byggherrene

Broene har sitt opphav i samme forhistorie. Muligens den første broen i historien var et tre som ble brukt av et forhistorisk vesen for å forbinde de to breddene av en elv. De brukte også steinheller til små bekker når det ikke var trær i nærheten. De følgende bruene var buer laget med tømmerstokker eller planker og noen ganger med steiner, ved å bruke en enkel støtte og plassere tverrbjelker. De fleste av disse tidlige broene var svært dårlig bygget og tålte sjelden veldig tunge belastninger. Det var denne mangelen som førte til utviklingen av bedre broer.

Buebro

En buebro er en bro med støtter plassert i endene av spennet som skal reddes, mellom hvilke det er en bueformet struktur som lastene overføres med. Dekket kan støttes eller henges fra denne hovedkonstruksjonen, noe som gir opphav til ulike typer buebroer avhengig av dekkets relative posisjon i forhold til buen. [ 3 ]

Buen ble først brukt av Romerriket til broer og akvedukter , hvorav noen fortsatt står i dag. Buebaserte broer kunne tåle forhold som ville ha ødelagt en hvilken som helst bro før.

Et eksempel på dette er Puente de Alcántara , bygget over elven Tejo , nær Portugal . De fleste av de tidligere broene ville ha blitt revet med av den sterke strømmen. Romerne brukte også sement , noe som reduserte variasjonen i styrke som naturstein hadde. En type sement, kalt pozzolana , besto av vann, silt, sand og vulkansk stein. Murstein- og mørtelbruer ble tatt opp igjen etter romertiden, da sementteknologien gikk tapt og senere gjenoppdaget .

String bridge

Taubroer, en enkel type hengebro, ble brukt av inka -sivilisasjonen i Andesfjellene i Sør-Amerika , like før europeisk kolonisering på 1500-tallet .

Broen i middelalderen

Etter dette har byggingen av broer ikke gjennomgått vesentlige endringer på lang tid. Stein og tre ble brukt på omtrent samme måte under Napoleonstiden som under Julius Cæsars regjeringstid, til og med lenge før. Konstruksjonen av broene utviklet seg i henhold til behovet som ble følt for dem. Da Roma begynte å erobre det meste av den kjente verden, bygde de mer eller mindre permanente trebroer; når de bygde asfalterte veier, bygde de broer av hugget stein.

Ved Romerrikets fall led kunsten et stort tilbakeslag i mer enn seks århundrer. Middelaldermennesket så elver som et naturlig forsvar mot invasjoner, så han anså det ikke som nødvendig å bygge midler for å redde dem. Broen var et svakt punkt i det føydale forsvarssystemet. Derfor ble mange av de som ble bygget demontert, og de få som var igjen ble beskyttet med festningsverk.

En type var veldig vanlig i Europa, den av de bebodde broene , med hus og butikker. Dens opprinnelse hadde en enkelt motivasjon, skattlegging: På disse broene bodde de fattige og kjøpmennene som forsøkte å unndra seg folketellingskontrakten (betales til eieren av landet) og avgiften (konsesjon, betales til føydalherren). De har praktisk talt alle forsvunnet.

Den moderne tid på broer

I løpet av 1700-tallet var det mange nyvinninger innen bjelkebrodesign av Hans Ulrich , Johannes Grubenmann og andre. Den første ingeniørboken for brobygging ble skrevet av Hubert Gautier i 1716 .

Stål- og betongrevolusjonen

Se også: Metallbro og Armert betongbro .

Med den industrielle revolusjonen på 1800-tallet ble fagverkssystemer i smijern utviklet for større broer, men jern hadde ikke den elastiske styrken til å bære store belastninger. Med fremkomsten av stål , som har en høy elastisk grense , ble mye lengre broer bygget, i mange tilfeller ved å bruke ideene til Gustave Eiffel .

Design

Deler av en bro

I sitt tekniske aspekt skiller konstruksjonen av en tradisjonell bro, i tillegg til fundamentene, to essensielle deler: overbygningen og infrastrukturen, og i dem kan følgende grunnleggende komponenter brytes ned:

Når det gjelder den arkitektoniske strukturen , kan en bro skilles ut:

Analyse og design

I motsetning til bygninger, hvis design ledes av arkitekter, er broer ofte designet av ingeniører. Dette skyldes viktigheten av ingeniørkrav, dvs. å komme over pukkelen og ha holdbarheten til å overleve, med minimalt vedlikehold, i et tøft utemiljø. [ 6 ] Broer diskuteres først; bøyemoment- og skjærkraftfordelingen på grunn av påførte laster beregnes. For dette er den endelige elementmetoden den mest populære. Analysen kan være endimensjonal , todimensjonal eller tredimensjonal . For de fleste bruer er det tilstrekkelig med en todimensjonal platemodell (ofte med avstivningsbjelker) eller en nedenfra og opp-finite element-modell. [ 7 ] Etter at analysen er fullført, er broen designet for å motstå de påførte bøyemomentene og skjærkreftene, og seksjonsstørrelser med tilstrekkelig kapasitet til å motstå spenningene velges. Mange bruer bygges med spennbetong , som har gode holdbarhetsegenskaper, enten ved å forspenne dragerne før de monteres eller ved å etterspenne dem in situ .

I de fleste land er broer, i likhet med andre strukturer, designet i henhold til prinsippene for Load and Resistance Factor Design (LRFD). Enkelt sagt betyr dette at lasten blir faktorisert med en faktor større enn enhet, mens styrken eller kapasiteten til strukturen multipliseres med en faktor mindre enn enhet. Den faktoriserte lasteffekten (spenning, bøyemoment) må være mindre enn den faktoriserte motstanden til den effekten. Begge faktorene tar hensyn til usikkerhet og er større når usikkerheten er større.

Effektivitet

Den strukturelle effektiviteten til en bro kan betraktes som forholdet (kvotienten) mellom lasten som broen kan bære og vekten av selve broen, gitt et visst sett med materialer. I en felles utfordring blir noen elever delt inn i grupper og gitt et antall trepinner, en byggeavstand og lim, og deretter bedt om å bygge en bro som vil bli testet til den blir ødelagt, og øker gradvis ladning til midten. Broen som tåler størst belastning er den mest effektive. En mer formell måling av denne øvelsen er å veie den ferdige broen i stedet for å måle en fast mengde leverte materialer og bestemme multiplumet av denne vekten som broen kan støtte, en test som legger vekt på materialøkonomi og sammenstillingers effektivitet.

Den økonomiske effektiviteten til en bro avhenger av dens plassering, den potensielle trafikken den kan håndtere, og mengden av besparelser som er involvert i å bygge broen (i stedet for for eksempel en ferge eller en lengre rute) sammenlignet med kostnadene. . Dens levetidskostnad består av materialer, arbeid, maskineri, ingeniørarbeid, pengekostnader, forsikring, vedlikehold, renovering, og til slutt riving og tilhørende avhending, resirkulering og utskifting, mindre skrap og gjenbruksverdi av komponentene. Bare kompresjonsbroer er relativt ineffektive strukturelt, men kan være svært effektive økonomisk der de nødvendige materialene er tilgjengelige nær stedet og arbeidskostnadene er lave. For mellomstore bruer er ofte avstivet eller bjelkebruer det mest økonomiske, mens i noen tilfeller kan utseendet til brua være viktigere enn kostnadseffektiviteten. Større bruer må generelt bygges hengende.

Estetikk

De fleste bruene har et utilitaristisk utseende, men i noen tilfeller kan utseendet til brua ha stor betydning. [ 9 ] Dette er ofte tilfellet for en stor bro som fungerer som inngang til en by, eller kryssing over hovedinngangen til en havn. Noen ganger er de kjent som landemerkebroer. Designere av broer i parker og langs grønne veier har også en tendens til å legge større vekt på estetikk. Noen eksempler er steinbroene til Taconic State Parkway i New York.

For å skape et vakkert bilde er noen broer bygget mye høyere enn nødvendig. Ofte funnet i hager i orientalsk stil, kalles denne typen en månebro, som fremkaller en halvmånefullmåne. Andre hagebruer kan kun krysse et tørt bekkevasket rullesteinseng, utelukkende med den hensikt å formidle inntrykket av en bekk. Ofte i palasser bygges en bro over en kunstig vannvei som et symbol på passasje til et viktig sted eller sinnstilstand. Et sett med fem broer krysser en svingete vannvei i en stor gårdsplass i Den forbudte by i Beijing, Kina. Den sentrale broen var reservert utelukkende for bruk av keiseren og keiserinnen, med deres ledsagere.

Typer broer

Det er fem hovedtyper av broer: bjelke , utkrager , bue , oppheng og skråbroer . Resten er derivater av disse.

Ved bruk

En bro er designet for jernbaner , bil- eller fotgjengertrafikk , gass- eller vannrørledninger , eller for sjøtrafikk. I noen tilfeller kan det være restriksjoner på bruken. Det kan for eksempel være en bro på en motorvei og forbudt for fotgjengere og sykler, eller en gangbro, eventuelt også for sykler.

Undersiden av broer rundt om i verden er hyppige steder for graffiti .

En akvedukt er en bro som fører vann. I likhet med en viadukt forbinder den punkter med lignende høyde.

Strukturell og evolusjonær taksonomi

Broer kan klassifiseres etter hvordan de fire kreftene strekk , kompresjon , bøying og skjær er fordelt gjennom strukturen deres. De fleste broer bruker til en viss grad alle de store styrkene, men bare noen få dominerer. Styrkeskillet kan være ganske tydelig. I en skråbro er delene i strekk distinkte i form og arrangement. I andre tilfeller kan kreftene være fordelt på et stort antall elementer, for eksempel i et avstivet element, eller lite merkbare for det blotte øye, for eksempel i en boks med bjelker. Broer kan også klassifiseres etter deres avstamning.

Dekorative og seremonielle broer

For å skape et vakkert bilde er noen broer bygget mye høyere enn nødvendig. Denne typen, som ofte finnes i hager i østasiatisk stil, kalles en "månebro", som fremkaller den stigende fullmånen.

Andre hagebroer kan bare krysse en tørr strøm av vaskede småstein, bare prøver å formidle følelsen av en ekte bekk.

Vanligvis i palasser vil en bro bygges over en kunstig vannstrøm symbolsk som en passasje til et viktig sted eller sinnstilstand. Et sett med fem broer krysser en svingete bekk i en stor hage i Den forbudte by i Beijing , Kina . Den sentrale broen var reservert utelukkende for bruk av keiseren, keiserinnen og deres tjenere.

Bevegelige broer

Nedenfor er noen av de bevegelige brokonstruksjonene:

Vedlikehold

Brofeil

I en statistikk utført i 1976, om årsakene til feil eller brudd på 143 broer over hele verden, viste det seg:

Dette viser at hydrauliske aspekter er grunnleggende i broer; god kunnskap om disse aspektene vil gjøre brua tryggere og billigere. [ 10 ]

Overvåking av brotilstand

Det finnes flere metoder for å overvåke tilstanden til store konstruksjoner som broer. I dag overvåkes mange store spennbroer rutinemessig med en rekke sensorer. Mange typer sensorer brukes, for eksempel belastningstransdusere, akselerometre , [ 11 ] inklinometre og GPS . Akselerometre har fordelen av å være treghet, det vil si at de ikke trenger et referansepunkt for å måle. Dette er ofte et problem for avstands- eller offsetmåling, spesielt hvis broen er over vann.

Et alternativ for strukturell integritetsovervåking er "kontaktfri overvåking", som bruker dopplereffekten (dopplerskift). En laserstråle fra et laser-dopplervibrometer rettes mot punktet av interesse, og amplituden og frekvensen til vibrasjonen trekkes ut fra dopplerforskyvningen av laserstrålefrekvensen på grunn av overflatebevegelse. [ 12 ] Fordelen med denne metoden er at oppsetttiden til utstyret er raskere og, i motsetning til et akselerometer, gjør dette at målinger kan gjøres på flere strukturer på kortest mulig tid. I tillegg kan denne metoden måle spesifikke punkter på en bro som kan være vanskelig tilgjengelig. Vibrometre er imidlertid relativt dyre og har den ulempen at det trengs et referansepunkt for å måle.

For å hjelpe broinspeksjon, kan tidsbilder av en bros ytre tilstand registreres ved hjelp av lidar , [ 13 ] som kan gi målinger av broens geometri (for å lette konstruksjonen av en datamodell), men nøyaktigheten er ofte utilstrekkelig til å måle broavbøyninger under laste.

Mens større moderne broer rutinemessig kontrolleres elektronisk, blir mindre broer ofte visuelt inspisert av trente inspektører. Det er stor forskningsinteresse for utfordringen mindre broer utgjør, da de ofte er på avsidesliggende steder og ikke har elektrisk kraft på stedet. Mulige løsninger er installasjon av sensorer på et spesialisert inspeksjonskjøretøy og bruk av dets målinger når det passerer over broen for å utlede informasjon om tilstanden til broen. [ 14 ]​ [ 15 ]​ [ 16 ]​ Disse kjøretøyene kan utstyres med akselerometre, gyrometre, laser-doppler-vibrometre [ 17 ] ​[ 18 ]​ og noen har til og med evnen til å påføre en resonanskraft på veibanen for dynamisk begeistre broen ved dens resonansfrekvens.

Spesielle fasiliteter

Noen broer kan ha spesielle fasiliteter, som Nový Most Bridge-tårnet i Bratislava , som inneholder en restaurant. På andre hengebroer kan det være installert sendeantenner. En bro over Arno i Firenze, Italia, har kommersielle butikker på begge sider av den.

En bru kan inneholde kraftledninger, som for eksempel Storstrømsbrua. I tillegg støtter broer også rørledninger, kraft- eller vannfordelingslinjer gjennom en vei eller jernbanelinje.

Materialer

Ulike materialer brukes i konstruksjonen av broer. I gammel tid ble det hovedsakelig brukt tre og senere stein. Nylig er det bygget metallbroer, et materiale som gir dem mye større styrke. De viktigste materialene som brukes til bygging av broer er:


Visuell indeks over broer

Indeks over brotyper

  1. buebro
  2. bjelkebro
  3. utkragende bro
  4. Stagbro med motvektspylon
  5. Vindebro
  6. metallbjelkebro
  7. tømmerbro
  8. hengebro
  9. fergebro
  10. Hengebro
  11. flytebro
  12. halvt nedsenket bro
  13. Nedsenket flytebro [1]


Indeks over brorelaterte strukturer

  1. bailey bridge
  2. grunngrop
  3. Flytilgangsbro
  4. kanalbro
  5. Viadukt
  6. flytebrygge


Verdensrekorder

Referanser

  1. ^ "bro - Definisjon - WordReference.com" . www.wordreference.com . Hentet 13. desember 2017 . 
  2. ↑ de, Hubeñak, Lilia RV (20. mars 2015). Internasjonale organisasjoner, tematisk ordbok. . Redaksjonell Dunken. ISBN  9789870274643 . Hentet 13. desember 2017 . 
  3. ↑ M, Somenson, Hector (1. januar 2015). Utredning og prosjektering av bruer i armert betong . Diaz de Santos Editions. ISBN  9788490520130 . Hentet 13. desember 2017 . 
  4. ↑ Gamboa Asch, Federico, broinspeksjonshåndbok, departementet for offentlige arbeider og transport. San Jose, Costa Rica, 1972
  5. ↑ (visning) Arkivert 2014-02-01 på Wayback Machine Hentet 31. august 2013
  6. ↑ O'Brien, Eugene J.; Keogh, Damien L.; O'Connor, Alan J. (6. oktober 2014). Brudekkeanalyse (Andre utgave). Munnmus. ISBN 9781482227246 . OCLC 892094185.
  7. ↑ O'Brien, EJ; Keogh, D.L. (desember 1998). Upstand finite element analyse av platebroer. Computers & Structures 69 (6): 671-683. doi : 10.1016/S0045-7949(98)00148-5 . 
  8. ↑ Loturco, Bruno. «Malha de estais» . Téchne magazine (på portugisisk) . Arkivert fra originalen 21. november 2008 . Hentet 20. november 2008 . 
  9. ↑ Leonhardt, Fritz (1984). Bruc̈ken: Asthetik und Gestaltung [ Broer: estetikk og design ]. Cambridge, MA: MIT Press. ISBN  0262121050 . OCLC  10821288 . 
  10. ↑ Leder for elveverk
  11. ^ "Den nye Minnesota smarte broen" . mnme.com . Arkivert fra originalen 23. august 2012 . Hentet 30. januar 2012 . 
  12. ^ "Grunnleggende prinsipper for vibrometri" . polytec.com . Arkivert fra originalen 10. juni 2012 . Hentet 2012-01-25 . 
  13. ↑ Omer (2018). "Ytelsesevaluering av broer ved bruk av virtuell virkelighet" . Proceedings of the 6th European Conference on Computational Mechanics (ECCM 6) & 7th European Conference on Computational Fluid Dynamics (ECFD 7), Glasgow, Skottland . 
  14. ↑ Yang, Y.-B.; Lin, CW; Yau, J.D. (mai 2004). «Trekke ut brofrekvenser fra den dynamiske responsen til et passerende kjøretøy». Journal of Sound and Vibration 272 (3–5): 471-493. Bibcode : 2004JSV...272..471Y . doi : 10.1016/S0022-460X(03)00378-X . 
  15. ↑ Yang, YB; Yang, Judy P. (februar 2018). "State-of-the-art gjennomgang av modal identifisering og skadedeteksjon av broer ved å flytte testkjøretøyer". International Journal of Structural Stability and Dynamics 18 (2): 1850025. ISSN  0219-4554 . doi : 10.1142/S0219455418500256 . 
  16. ↑ Malekjafarian, Abdollah; McGetrick, Patrick J.; O'Brien, Eugene J. (2015). "En gjennomgang av indirekte broovervåking ved bruk av passerende kjøretøy". Sjokk og vibrasjon 2015 : 1-16. ISSN  1070-9622 . doi : 10.1155/2015/286139 . 
  17. ↑ O'Brien, EJ; Keenahan, J. (mai 2015). "Drive-by-skadedeteksjon i broer ved bruk av den tilsynelatende profilen". Strukturkontroll og helseovervåking 22 (5): 813-825. doi : 10.1002/stc.1721 . 
  18. ↑ Malekjafarian, Abdollah; Martinez, Daniel; O'Brien, Eugene J. (2018). "Munnbarheten ved å bruke laserdoppler-vibrometermålinger fra et passerende kjøretøy for deteksjon av broskade". Sjokk og vibrasjon 2018 : 1-10. ISSN  1070-9622 . doi : 10.1155/2018/9385171 . 

Bibliografi

Eksterne lenker