Hengebro

Hengebro

Akashi Kaikyō Great Bridge , den lengste hengebroen i verden
Forutgående enkel hengebro
I slekt hengebro under dekk (se stagbro )
Etterkommer selvforankret hengebro
første bruk Siden gamledager
Utvalgte eksempler Brooklyn Bridge (1903), Golden Gate (1937), Verrazano (1961), 25. april (1965), Bosporos (1988)
Ta opp Akashi Bridge ( 3 911 m ) (JAP, 1998)
type broer Fotgjengere, biler, lastebiler, bybane
lys rekkevidde middels til lang
materialer) Stålkabler, smijern og konstruksjonsstål
Mobil Nei
design vanskeligheter Halv
hjelpestrukturer Nei
ordninger

En hengebro er en type bru der dekket (den bærende delen) henges under hengekablene ved vertikale stag. De første moderne eksemplene på denne typen bruer ble bygget tidlig på 1800-tallet. [ 1 ] [ 2 ] Enkle hengebruer, som mangler vertikale stag, har en lang historie i mange fjellrike deler av verden. Siden antikken har disse typer broer blitt brukt til å overvinne hindringer, og med tidens gang og innføring og forbedring av byggematerialer er de nå i stand til å motstå veitrafikk eller jernbanelinjer.

Denne brotypen har kabler hengt mellom pylonene eller tårnene, pluss vertikale hengekabler forankret til dem som bærer vekten av det nedre dekket, som trafikken krysser over. Dette arrangementet gjør at plattformen kan være vannrett eller buet opp for ekstra klaring. I likhet med andre typer hengebruer bygges denne typen ofte uten forfalskninger.

Hengekablene må forankres i hver ende av brua, da all belastning som påføres brua omdannes til strekk i disse hovedkablene. Hovedkablene fortsetter utover pylonene til plattformnivåstøttene, og fortsetter til jordankerforbindelsene. Dekket er støttet av vertikale opphengskabler eller stenger, kalt kleshengere. I noen tilfeller kan tårnene sitte på en klippe eller canyon-kant, og banen kan passere direkte inn i hovedspennet; I andre tilfeller vil brua måtte ha mindre seksjoner, som vil gå mellom mastene og sporet lagt ut på bakken, som også kan bæres opp av hengekabler (med svært lite bue) eller som kan bruke en hvilken som helst annen type bro for å opprette forbindelsen.

Historikk

Forløpere

De tidligste hengebroene var taubroer trukket over en kløft, med et dekk muligens på samme nivå eller hengt under tauene, slik at tauet fikk kontaktledningsform.

Den tibetanske helgenen og brobyggeren Thangtong Gyalpo oppsto bruken av jernkjeder i sin versjon av enkle hengebroer. I 1433 bygde Gyalpo åtte broer i østlige Bhutan . Den siste gjenlevende Gyalpo-kjedebroen var Thangtong Gyalpo-broen ved Duksum , på vei til Trashi Yangtse , som til slutt ble rasert i 2004. [ 3 ] Gyalpo-jernkjedebroene inkluderte ikke en dekkhengebro som er standard på alle moderne hengebroer i dag. I stedet brukte både rekkverket og gangdekket til Gyalpo-broene kabler. Spenningspunktene som ble båret av føringene ble forsterket av jernkjedene. Før bruken av jernkjeder, antas Gyalpo å ha brukt tau av vridde piler eller yakskinn. [ 4 ] Han kan også ha brukt stramme kluter.

I asiatiske, amerikanske eller afrikanske sivilisasjoner var hengebroen et tidlig tradisjonelt middel for å overvinne hindringer, hovedsakelig i fjellområder hvor det var vanskelig å krysse dype kløfter. Dermed anslås det at på 1500-tallet, da spanjolene ankom, var det mer enn 200 inkahengebroer , hjørnesteinene i det enorme veinettet til det amerikanske imperiet. [ 5 ] De nådde vanligvis 50 meter i lengde, sannsynligvis mer, mye mer enn datidens europeiske murbue. Bare utseendet til den metalliske strukturen vil tillate å overvinne den avstanden uten mellomliggende søyler. Hvis inkaene var den eneste amerikanske sivilisasjonen som utviklet denne typen hengebroer, fantes de allerede i andre kulturer i fjellområdene i verden, i Himalaya og i det gamle Kina. Hengebroer med stålkjettinger ble bygget i Kina på 300-tallet f.Kr. C. Men det vanlige er at disse gamle broene for det meste var sammensatt av vinranker og med et tredekke, som tillot passasje av beskjedne laster med en lett brokonstruksjon.

Siden 1595 er det en representasjon av en hengebro på kjeder som vises i arbeidet til Fausto Verancio Machinae Novae (Venezia, 1595). [ 6 ]

Kjedebroer

Men historien sier at der den moderne hengebroen ble født var i Amerika. En dommer og oppfinner, James Finley , hadde ideen om en smijernsbro med kjede . [ 7 ] Jacob's Creek Bridge ble fullført i 1802, i Westmoreland County , vestlige Pennsylvania . [ 8 ] Finley's Bridge var den første som inkorporerte alle de nødvendige komponentene til en moderne hengebro, inkludert en opphengt plattform som hang fra stagkabler. Finley, gitt suksessen med denne rimelige broformelen som er lett å konstruere, innleverte patent på designen sin i 1808 og publiserte den i Philadelphia-avisen The Port Folio i 1810. [ 9 ] [ 10 ] A første generasjon broer så lyset fra 1810. Spennet den krysset var mellom 15 og 50 meter maksimalt. Men bruken av disse broene manifesterte snart svingningsproblemet : broen gikk lett inn i resonans, og trykket som ble utøvet på strengene fikk dem til å gi etter. I virkeligheten var USAs ekspertise innen smijernsteknikk og kvalitet upålitelig. Utviklingen av broene var begrenset i størrelse og belastning, og mange ulykker avbrøt den begynnende suksessen til hengebroen, siden brudd på en enkelt ledd betydde brudd på tensoren.

Teknikken krysset raskt Atlanteren for å finne nye tilhengere blant britene, som hadde en viktig utvikling innen metallurgi . Kjeder ble kraftig forbedret og hengebroer ble veldig ambisiøse. De første britiske broene ble bygget rundt 1815 og dimensjonene deres sluttet ikke å vokse: Dryburgh Abbey Bridge (1817), 137 m, og Union Bridge (1820). I 1826 bygde den berømte ingeniøren Thomas Telford den 125 meter lange Menai Suspension Bridge , som tillot seilskip å passere under den og var "den første store moderne hengebroen". [ 11 ] Det var på den tiden den største broen i verden, ettersom de fleste broer på den tiden hadde mellom 70 og 100 m spenn. Andre bemerkelsesverdige broer inkluderer Conwy (1826) i Nord- Wales og den første Hammersmith Bridge (1827) i Vest- London . Clifton Suspension Bridge ( designet 1831, ferdigstilt 1864 med et sentralt spenn på 214m) er en av de lengste av den parabolske kjedebuetypen. Den nåværende Marlow Suspension Bridge ble designet av William Tierney Clark og ble bygget mellom 1829 og 1832, og erstattet en nedstrøms trebro som kollapset i 1828. Det er den eneste hengebroen over Themsen i ikke-tidevannsområder. Hengebroen var den eneste måten å redde slike lys på, og den ble et monument over fremskritts herlighet midt i den europeiske industrielle revolusjonen .

Det var nettopp den europeiske utviklingen av denne som eksporterte hengebroen til fastlandet. I Frankrike ble teknologien kjent takket være unnskyldningen uttrykt i britiske aviser. Et undersøkelsesoppdrag til Ponts et Chaussées ble utført i 1821, uten suksess . Franskmennene hadde en av de vanskeligste elvene å krysse på den tiden: Rhône , med bare tre faste broer mellom Lyon og elvemunningen på den tiden, inkludert den skadede Avignon-broen . Faktisk var og er elven bred, veldig mektig og uten merkbar nedgang siden den ble matet av smeltende is. Uten tørrtid var det umulig å bygge pylonene i henhold til velprøvde metoder. Selskapet Seguin Frères ( Annonay , Ardèche ), regissert av Marc Seguin , foreslo et nyskapende prosjekt i 1822: hengebroen Tournon . Selskapet forsto raskt at en konvensjonell hengebro ikke var mulig i Frankrike på grunn av den dårlige kvaliteten på kjedene. Deretter forsøkte han å erstatte dem med bunter med jernkabler . Det var kabelens fødsel. Etter flere tester og et avslag fra Ponts et Chaussées ble prosjektet endelig akseptert. Til innovasjonen av kablene ble det lagt til bruk av hydraulisk betong til fundamentene, av armert betong (25 år før første patent) til overbyggene og av avstivningsforsterkende elementer til tredekket. Hengebroen tok sin moderne form.

Den første kjedebroen på det europeiske kontinentet var Kjedebroen i Nürnberg , Tyskland. Széchenyi Chain Bridge , som spenner over Donau i Budapest, ble også designet av William Clark og er en større versjon av Marlow-broen. [ 12 ]

I 1823 ble Saint-Antoine gangbroen [ 13 ] bygget i Genève og siden 1832, i Freiburg grand pont suspendu [ 14 ] hvis 87 kilo trukket ledningskabler, og brukt ved 27 kilos bruddspenning (ledninger parallelle), tillot et spenn på 273 m som skal nås. Mange lette broer ble bygget på denne måten: Bercy og Constantine , i Paris (101 m), Gray , Châteaulin , La Roche-Bernard ... men disse broene beveget seg mye og derfor måtte trafikkbelastningen begrenses. De led en formørkelse i Frankrike inntil den stive bjelken dukket opp, som gjorde det mulig å utføre arbeider som kan sammenlignes med snekkerbroer. [ 15 ]

I 1832 etablerte Henri Navier allerede de første reglene for beregning av hengebroer. Til tross for suksessen begynte det å dukke opp problemer. I 1831 fikk et regiment med soldater som paraderte over Broughton Bridge i Storbritannia broen til å vibrere på grunn av det rytmiske tempoet i paraden, noe som fikk den til å knekke. Dessverre, i 1851 ble en lignende katastrofe gjentatt i Frankrike, på Angers-broen, hvor 200 soldater døde. Franske ingeniører bygde ikke en hengebro igjen før i 1871, og selv i dag er det i Europa en tendens til å unngå å bygge dem. I Amerika var det ikke slik, hengebroer var veldig vellykket. I 1842 ble Fairmount skråbro i Philadelphia med et spenn på 109 m fullført . På slutten av 1800-tallet hadde USA perfeksjonert konstruksjonen av hengebroen til de nådde de enorme strømdimensjonene. I 1866 hadde Roebling -broen over Ohio-elven et spenn på 322 m , i 1869 ble den overgått av Niagara-broen med 386 m , og i 1883 ble Brooklyn Bridge fullført med 486,3 m .

Clifton Bridge (1864) ble også bygget på denne måten . En interessant variant er Thornewill og Warhams fergebro ved Burton -on-Trent , Staffordshire (1889), der kjettingene ikke var festet til støttebenene, som vanlig, men i stedet ble festet til hovedbjelkene, som de var. dermed komprimert. Der var kjedene laget av flate smijernsplater, åtte tommer (203 mm) brede og halvannen tommer (38 mm) tykke, naglet sammen. [ 16 ]

Ledningskabler

Den første kabelhengebroen var Spider Bridge ved Falls of Schuylkill (1816), en beskjeden, midlertidig gangvei bygget etter kollapsen av James Finleys nærliggende Chain Falls of Schuylkill Bridge (1808). Gangbruspennet var 124 m, selv om dekket bare var 0,45 m bredt.

Utviklingen av hengebroer med trådkabel går tilbake til den midlertidige enkelthengebroen ved Annonay bygget av Marc Seguin og hans brødre i 1822. Den strakte seg bare over 18 meter. [ 17 ] Den første permanente hengebroen med kabelstag var Guillaume Henri Dufours Saint Antoine Bridge i Genève i 1823, med to spennvidder på 40 meter. [ 17 ] Den første med kabler montert i luften etter den moderne metoden var Joseph Chaleys store hengebro i Freiburg, i 1834. [ 17 ]

I USA var den første store kabelhengebroen Fairmount Wire Bridge i Philadelphia, Pennsylvania. Designet av Charles Ellet, Jr. og ferdigstilt i 1842, hadde den et spenn på 109 m. Elletts Niagara Falls Suspension Bridge (1847-1848) ble forlatt før ferdigstillelse. Det ble brukt som stillas for John A. Roeblings dobbeltdekkes skinne- og veibro (1855).

Otto Beit Bridge ( 1938-1939) var den første moderne hengebroen utenfor USA bygget med parallellkabler. [ 18 ]

Ifølge en første opptelling ble det i løpet av 1800-tallet bygget rundt 400 broer, de aller fleste mellom 1825 og 1850. Mange av dem er fortsatt i bruk. [ 19 ]

På begynnelsen av 1900-tallet dominerte hengebrua allerede i stor grad de store spennene og siden har det blitt bygget hengebruer over hele verden. I 1931 ble kilometeren overskredet for første gang i et enkelt spenn på George Washington Bridge , i USA . I 1937 ble den berømte Golden Gate Bridge fullført med et spenn på 1280 m , en bro som holdt rekorden for det lengste spennet frem til 1964. For tiden er det allerede 10 broer som overskrider Golden Gate i spenn, og er det lengste spennet siden 2012. Akashi Kaikyō Great Bridge med en total lengde på 3 911 m og et maksimalt spenn på 1 991 m (1,55 ganger Golden Gate Bridge). Selv om store hengebroprosjekter er vanskelige å finansiere, har de økonomiske fordelene de tilfører en region ført til at nye broer har blitt foreslått, enda større enn de eksisterende, som broen over Messinastredet, som vil knytte Sicilia til fastlandet. med et spenn på mer enn tre kilometer. På den annen side har suksessen til tunnelprosjekter under sundet som Eurotunnelen eller Seikan-tunnelen ført til nytenking av store broprosjekter som Gibraltar-broen . I andre tilfeller er det tatt i bruk hybridløsninger (bru og tunnel), som Øresundsbrua, med utmerkede resultater for maritim navigasjon og veitrafikk. Foreløpig er hengebru et vanlig alternativ for spenn større enn 500 m , og praktisk talt den eneste mulige løsningen for spenn større enn en kilometer, og når det er farlig for sjøtrafikken å legge til midlertidige eller permanente sentralstøtter, eller det ikke er gjennomførbart å legge til slike sentrale støtter.

Se også: Vedlegg: De lengste hengebroene i verden

Fordeler og ulemper

Hengebroer har følgende fordeler:

Og også følgende ulemper:

Struktur og drift

I den mest kjente typen hengebro er kablene som utgjør den omvendte buen forankret i hver ende av broen til et støtteelement, vanligvis et tårn, siden de er ansvarlige for å overføre en viktig del av belastningen som den skal støtte strukturen. Dekket er vanligvis opphengt ved hjelp av vertikale avstivere festet til kablene. Tårnene bærer lasten til fast grunn.

Hovedkreftene i en hengebro er strekk i hovedkablene og trykk i bryggene. Alle krefter på pilarene eller tårnene må være tilnærmet vertikale og nedover, og stabiliseres av hovedkablene, disse kan være svært tynne, slik de for eksempel er i Severn Bridge , England.

Forutsatt at vekten av hovedkabelen er nesten ubetydelig sammenlignet med vekten av rullebanen og de støttede kjøretøyene, vil noen hengebrokabler danne en parabel (på samme måte som en kontaktledning, formen på de ubelastede hovedkablene før den er sporinstallert). Dette kan sees ved en konstant gradient som vokser med lineær økning i avstand; denne økningen i gradient ved hver dekkforbindelse skaper en netto økning i kraft. Kombinert med de relativt lette belastningene dekket gir, gjør dette hengebruer enklere å designe, beregne og analysere enn skråbroer , der dekket fungerer i kompresjon.

Hengebroer er også laget med en støttebue som avstiverene er forankret til, for eksempel tilfellene til Juscelino Kubitschek-broen i Brasilia eller det nedre dekket på Luiz I-broen i Porto.

Typer suspensjon

Oppheng på eldre broer ble gjort med lenkede kjeder eller stenger (se: Budapest Chain Bridge ) , men moderne broer har flere stålkabler . Dette er for ekstra redundans; noen få defekte eller defekte kabler blant de hundrevis som utgjør hovedkabelen er liten trussel, mens en enkelt dårlig eller defekt kobling eller bar kan ugyldiggjøre sikkerhetsmarginen eller ødelegge strukturen.

Et merkelig tilfelle er Don Luis I-broen i Porto (Portugal), som har to dekk, støttet av en enkelt bue, med en metallisk struktur: det øvre dekket støttes av buen og det nedre dekket henger fra det, men ikke med kabler, men med en struktur av metalldeler.

Dekktyper på hengebroer

De fleste hengebroer bruker gitterstålkonstruksjoner for å støtte veibanen (med tanke på de ugunstige effektene som vises av broer med vertikale sideplater, som sett i Tacoma Narrows Bridge -katastrofen ). Nylig utvikling innen broaerodynamikk har tillatt gjeninnføring av sidestrukturer på dekket. I illustrasjonen til høyre legg merke til den veldig skarpe formen i kanten og skråningen nederst på brettet. Dette gjør det mulig å bygge denne typen uten fare for å generere luftvirvler (når det blåser) som får strukturen til å vri seg, slik som skjedde med den nevnte Tacoma Narrows Bridge .

Andre applikasjoner av strukturtypen

Opphengsprinsippene som brukes i store bruer kan også dukke opp i andre sammenhenger. Lett kabeloppheng kan tjene som en økonomisk og mer elegant løsning for gangbruer enn å støtte dem med et stort gitter. Når en bro forbinder to nærliggende bygninger er det ikke nødvendig å bygge tårn, og selve bygningene kan bære kablene. Kabeloppheng kan også forsterkes med den iboende stivheten til en struktur som har mye til felles med en rørformet bro .

Byggesekvens

Broen før et jordskjelv

Strukturen til en hengebro er bygget opp av betong- eller stålpeler som er forankret i bakken, dypt eller i fjell. I et jordskjelv skjelver jorda og dette får pælene til å heve og falle sammen med bevegelsen av bakken, noe som får støttestiverne eller kablene til å skjelve og dermed løsne litt etter litt til de kuttes, noe som forårsaker ustabilitet i balansen. broen. Faktisk, når en kabel kuttes, får de andre kablene et plutselig trekk, og dette kan føre til at kjedet kuttet andre kabler; av denne grunn er broer stengt for trafikk etter et jordskjelv.

Se også

Referanser

  1. ↑ Chakzampa Thangtong Gyalpo - Arkitekt, filosof og Iron Chain Bridge Builder Arkivert 2012-11-07 på Wayback Machine av Manfred Gerner. Thimphu: Senter for Bhutanstudier 2007. ISBN  99936-14-39-4
  2. ↑ Lhasa and Its Mysteries av Lawrence Austine Waddell, 1905, s.313
  3. ↑ Bhutanesisk . Ensom planet. 2007. ISBN  978-1-74059-529-2 . 
  4. ^ "Chakzampa Thangtong Gyalpo" . Senter for Bhutanesiske studier. s. 61. 
  5. ↑ i The New York Times , Science & Technology, "With Bridges of Fiber Cable, Inca Leapt Canyons", lørdag 19. mai 2007.
  6. ↑ Helmut C. Schulitz, Werner Sobek, Karl J. Habermann. Jeg skal bygge i stål . PPUR presser polyteknikker, 2003. Online konsulent
  7. ^ "Iron Wire of the Wheeling Suspension Bridge" . Smithsonian Museum Conservation Institute. 
  8. ^ "Suspension Bridge" (på engelsk) . Struktur . 
  9. ↑ Broer: Tre tusen år med å trosse naturen . MBI Publishing Company. 12. november 2001. ISBN  978-0-7603-1234-6 . 
  10. ↑ Port Folio bind III, en beskrivelse av patentkjedebroen, juni 1802
  11. ↑ "den første viktige moderne hengebroen" Encyclopædia Britannica .
  12. ^ "Marlow Suspension Bridge" . Besøkt 11. desember 2008. Cove-Smith, Chris (2006). Themsen-boken . Imray Laurie Norie og Wilson. ISBN  0-85288-892-9 .[side nødvendig]
  13. ^ "Suspension Bridge" (på engelsk) . Struktur . 
  14. ^ "Suspension Bridge" (på engelsk) . Struktur . 
  15. ↑ Encyclopédie pratique du bâtiment et des travaux publics . Quillet. 1948.
  16. ↑ Se i: [1] .
  17. ↑ abc Tom F. Peters; Andrea L. Peters (1987). Overganger i ingeniørfag: Guillaume Henri Dufour og kabelhengebroene fra det tidlige 1800-tallet . Birkhauser. ISBN  3-7643-1929-1 . 
  18. ^ Cleveland Bridge Company (UK) Arkivert 2008-07-20 på Wayback Machine Nettstedet som ble åpnet 21. februar 2007, inkluderer bilde av broen.
  19. ↑ Base av arbeider i bruk eller bygget i XIX i Frankrike .

Eksterne lenker