Bro - Bridge

Den Orwell Bridge i Ipswich , Suffolk, England

Under Fort Pitt Bridge i Pittsburgh , Pennsylvania

Den gamla stenbågsbroen över floden Kerava i Kerava , Finland

En bro är en struktur som är byggd för att spänna över ett fysiskt hinder (t.ex. en vattendrag, dal, väg eller järnväg) utan att blockera vägen under. Det är konstruerat i syfte att ge passage över hindret, vilket vanligtvis är något som annars är svårt eller omöjligt att passera. Det finns många olika brokonstruktioner, var och en tjänar ett visst syfte och kan användas i olika situationer. Brokonstruktioner varierar beroende på faktorer som: broens funktion, arten av terrängen där bron är konstruerad och förankrad och materialet som används för att göra den och de medel som finns tillgängliga för att bygga den.

De tidigaste broarna var troligen gjorda med fallna träd och stegstenar . Det neolitiska folket byggde strandpromenadbroar över myrmark. Den Arkadiko Bridge (med anor från 13-talet f.Kr., i Peloponnesos ) är en av de äldsta bågbroar fortfarande existerar och användning.

Etymologi

Den Arkadiko Bridge i Grekland (13-talet f.Kr.), en av de äldsta bågbroar i tillvaron

Den Siosepol bron över Zayandeh River är ett exempel på safavider (1502-1722) bro design. Isfahan , Iran .

Wetherby -bron från 1200 -talet sträcker sig över floden Wharfe .

Den Oxford English Dictionary spårar ursprunget till ordet bridge till en gammal engelsk ord brycg av samma innebörd. Ordet kan spåras direkt tillbaka till proto-indoeuropeiskt *bʰrēw-. Ordet för kortspelet med samma namn har ett annat ursprung.

Historia

Säsongsbro norr om Jispa , HP, Indien. 2010

Broar i Amsterdam , Nederländerna

De enklaste och tidigaste typerna av broar var trappstenar . Neolitiska människor byggde också en form av strandpromenad över kärr; exempel på sådana broar inkluderar Sweet Track och Post Track i England, cirka 6000 år gamla. Utan tvekan skulle antika människor också ha använt stockbroar ; det är en träbro som faller naturligt eller avsiktligt fälls eller placeras över bäckar. Några av de första konstgjorda broarna med betydande span var förmodligen avsiktligt avverkade träd.

Bland de äldsta träbroarna finns Holzbrücke Rapperswil-Hurden som korsar övre Zürichsjön i Schweiz; de förhistoriska timmerhögarna som upptäcktes väster om Seedamm går tillbaka till 1523 f.Kr. Den första träbroen ledde över Zürichsjön, följt av flera rekonstruktioner åtminstone fram till slutet av 2: a århundradet efter Kristus, när det romerska riket byggde en 6 meter bred (20 fot) träbro. Mellan 1358 och 1360 byggde Rudolf IV, hertig av Österrike , en "ny" träbro över sjön som har använts till 1878 - mäter cirka 1450 meter (4 760 fot) i längd och 4 meter (13 fot) bred. Den 6 april 2001 öppnades den rekonstruerade gångbron i trä, som var den längsta träbron i Schweiz.

Den Arkadiko Bridge är en av fyra mykenska konsolens båge broar del av en tidigare nätverk av vägar, som syftar till att rymma vagnar , mellan fortet Tiryns och staden Epidauros i Peloponnesos i södra Grekland. Med anor från den grekiska bronsåldern (1200 -talet f.Kr.), är det en av de äldsta valvbroarna som fortfarande finns och används. Flera intakta välvda stenbroar från den hellenistiska eran finns i Peloponnesos.

Antikens största brobyggare var de gamla romarna . Romarna byggde valvbroar och akvedukter som kunde stå under förhållanden som skulle skada eller förstöra tidigare konstruktioner. En del står idag. Ett exempel är Alcántara -bron , byggd över floden Tagus , i Spanien . Romarna använde också cement , vilket minskade variationen i styrka som finns i natursten. En typ av cement, kallad pozzolana , bestod av vatten, kalk , sand och vulkaniskt berg . Broar av tegel och murbruk byggdes efter romartiden, eftersom tekniken för cement gick förlorad (senare återupptäckt).

I Indien nämns Arthashastra -avhandlingen från Kautilya om byggandet av dammar och broar. En Mauryan -bro nära Girnar undersöktes av James Princep . Bron sveptes bort under en översvämning och reparerades senare av Puspagupta, kejsaren Chandragupta I: s huvudarkitekt . Användningen av starkare broar med flätad bambu och järnkedja var synlig i Indien på ungefär 400 -talet. Ett antal broar, både för militära och kommersiella ändamål, konstruerades av Mughal -administrationen i Indien.

Även om stora kinesiska broar av träkonstruktion fanns vid tiden för de stridande staterna , är den äldsta överlevande stenbron i Kina Zhaozhou -bron , byggd från 595 till 605 e.Kr. under Sui -dynastin . Denna bro är också historiskt betydelsefull eftersom den är världens äldsta öppen bro med öppen spandrel . Europeiska segmentbågsbroar går tillbaka till åtminstone Alconétar-bron (ungefär 2: a århundradet e.Kr.), medan den enorma romerska eran Trajans bro (105 e.Kr.) innehöll segment med öppen spandel i träkonstruktion.

Repbroar , en enkel typ av hängbro , användes av inka -civilisationen i Andesbergen i Sydamerika, strax före den europeiska koloniseringen på 1500 -talet.

Det Ashanti byggde broar över vattendrag och floder. De konstruerades genom att slå fyra stora gaffeltruckar i strömbädden, placera balkar längs dessa gaffelpelare och sedan placera tvärbalkar som slutligen var täckta med fyra till sex tum smuts.

Under 1700 -talet fanns det många innovationer i utformningen av träbroar av Hans Ulrich Grubenmann , Johannes Grubenmann och andra. Den första boken om broteknik skrevs av Hubert Gautier 1716.

Ett stort genombrott inom broteknik kom med uppförandet av Iron Bridge i Shropshire, England 1779. Det använde gjutjärn för första gången som valv för att korsa floden Severn. Med den industriella revolutionen på 1800 -talet utvecklades fackverk av smidesjärn för större broar, men järn har inte draghållfasthet för att klara stora laster. Med tillkomsten av stål, som har en hög draghållfasthet, byggdes mycket större broar, många som använde Gustave Eiffels idéer .

Den täckta bron i West Montrose, Ontario , Kanada

I Kanada och USA byggdes många träklädda broar i slutet av 1700 -talet till slutet av 1800 -talet, som påminde om tidigare konstruktioner i Tyskland och Schweiz . Några täckta broar byggdes också i Asien. Under senare år var vissa delvis gjorda av sten eller metall men fackverken var vanligtvis fortfarande gjorda av trä; i USA fanns det tre stilar av fackverk, Queen Post, Burr Arch och Town Lattice. Hundratals av dessa strukturer finns fortfarande i Nordamerika. De uppmärksammades av allmänheten på 1990 -talet av romanen, filmen och pjäsen The Bridges of Madison County .

1927 svets pionjär Stefan Bryła konstruerade den första svetsade vägbro i världen, Maurzyce Bridge som senare byggdes över floden Słudwia på Maurzyce nära Łowicz , Polen 1929. Under 1995 American Welding Society presenterade historiska svetsade konstruktionen Award för bron till Polen.

Typer av broar

Broar kan kategoriseras på flera olika sätt. Vanliga kategorier inkluderar typen av konstruktionselement som används, efter vad de bär, oavsett om de är fasta eller rörliga och av de material som används.

Strukturtyper

Broar kan klassificeras efter hur åtgärderna av spänning , kompression , böjning , vridning och skjuvning fördelas genom deras struktur. De flesta broar kommer att använda alla dessa till viss del, men bara några få kommer att dominera. Skillnaden mellan krafter och ögonblick kan vara ganska tydlig. I en upphängnings- eller kabelstångsbro är elementen i spänning olika i form och placering. I andra fall kan styrkorna fördelas mellan ett stort antal medlemmar, som i en fackverk.

Strålebro	Strålbryggor är horisontella balkar som stöds i varje ände av underkonstruktionsenheter och kan antingen helt enkelt stödjas när strålarna bara ansluter över ett enda spann, eller kontinuerliga när strålarna är anslutna över två eller flera spänn. När det finns flera spann, är de mellanliggande stöden kända som bryggor . De tidigaste balkbroarna var enkla stockar som satt över bäckar och liknande enkla strukturer. I modern tid kan balkbroar sträcka sig från små träbjälkar till stora stållådor. Den vertikala kraften på bron blir en skjuvning och böjbelastning på balk som överförs längs längden till understrukturerna på vardera sidan De är vanligtvis gjorda av stål, betong eller trä. Dragbroar och plåtbalkar , vanligtvis gjorda av stål, är typer av balkbroar. Lådbalkar , tillverkade av stål, betong eller båda, är också balkbroar. Strålbryggans spännvidd överstiger sällan 250 fot (76 m) lång, eftersom böjspänningarna ökar proportionellt mot kvadratet av längden (och avböjningen ökar proportionellt mot längdens fjärde effekt). Emellertid är huvudspännet för Rio – Niteroi -bron , en lådbalk, 300 meter (980 fot). Världens längsta strålbro är Lake Pontchartrain Causeway i södra Louisiana i USA, 38,35 km, med individuella spann på 17 fot. Strålbroar är den enklaste och äldsta typen av broar som används idag och är en populär typ.
Fackverksbro	En fackbro är en bro vars bärande överbyggnad består av en fackverk. Denna fackverk är en struktur av anslutna element som bildar triangulära enheter. De anslutna elementen (vanligtvis raka) kan belastas av spänning, kompression eller ibland båda som svar på dynamiska belastningar. Fackverksbroar är en av de äldsta typerna av moderna broar. De grundläggande typerna av fackverksbroar som visas i denna artikel har enkla konstruktioner som enkelt kan analyseras av arton- och början av 1900-talets ingenjörer. En fackverksbro är ekonomisk att bygga på grund av dess effektiva materialanvändning.
Cantilever bridge	Cantilever -broar byggs med cantilevers - horisontella balkar som bara stöds i ena änden. De flesta cantilever -broar använder ett par kontinuerliga spann som sträcker sig från motsatta sidor av stödbryggorna för att mötas i mitten av hindret som bron korsar. Cantilever -broar är konstruerade med ungefär samma material och tekniker som balkbroar. Skillnaden kommer i krafternas verkan genom bron. Vissa cantilever -broar har också en mindre balk som förbinder de två cantileversna, för extra styrka. Den största cantilever-bron är Quebec-bron på 549 meter (1 801 fot) i Quebec, Kanada.
Arch bridge	Arch broar har distanser i varje ände. Broens vikt skjuts in i distanserna på vardera sidan. De tidigast kända bågbroarna byggdes av grekerna och inkluderar Arkadiko -bron . Med en spännvidd på 220 meter är Solkanbron över Soča- floden vid Solkan i Slovenien den näst största stenbron i världen och den längsta järnvägsstenbron. Den färdigställdes 1905. Dess båge, som byggdes av över 5 000 ton (4 900 långa ton; 5 500 korta ton) stenblock på bara 18 dagar, är den näst största stenbågen i världen, som bara överträffades av Friedensbrücke ( Syratalviadukt) i Plauen , och den största järnvägsstenbågen. Bågen på Friedensbrücke, som byggdes samma år, har en spännvidd på 90 m (295 fot) och korsar Syrabachflodens dal. Skillnaden mellan de två är att Solkanbron byggdes av stenblock, medan Friedensbrücke byggdes av en blandning av krossad sten och cementbruk. Världens största bågbro är Chaotianmen -bron över floden Yangtze med en längd av 1 741 m (5 712 fot) och en sträcka på 552 m (1 811 fot). Bron öppnades 29 april 2009 i Chongqing , Kina.
Knuten bågbro	Bindade broar har en bågformad överbyggnad, men skiljer sig från konventionella valvbroar. Istället för att överföra vikten av broen och trafikbelastningar till dragkrafter i distanserna, hålls bågarnas ändar kvar av spänning i konstruktionens bottenkord. De kallas också bowstring valv.
Hängbro	Hängbroar är upphängda från kablar. De tidigaste hängbroarna var gjorda av rep eller vinstockar täckta med bitar av bambu. I moderna broar hänger kablarna från torn som är fästa vid kisar eller kassor. Caissons eller cofferdams implanteras djupt in i sjön, floden eller havet. Deltyper inkluderar den enkla hängbron , den spända bandbroen , den underspända hängbron , hängbron för hängdäck och den självförankrade hängbron . Det finns också det som ibland kallas en "halvhängande" bro, varav Ferry Bridge i Burton-upon-Trent är den enda i sitt slag i Europa. Den längsta hängbron i världen är 3 909 m (12 825 fot) Akashi Kaikyō -bron i Japan.
Kabelstångsbro	Kabelhållare , liksom hängbroar, hålls upp av kablar. I en bro med kabelhållare krävs dock mindre kabel och tornen som håller kablarna är proportionellt högre. Den första kända kabelstångsbroen designades 1784 av CT (eller CJ) Löscher. Den längsta kabelbron sedan 2012 är Russky-bron på 1 104 m (3 622 fot) i Vladivostok , Ryssland .

Vissa ingenjörer delar upp "balk" -broar i platta, balk-och-platta och boxbalk på grundval av deras tvärsnitt. En platta kan vara solid eller tom (även om detta inte längre gynnas av inspektionsskäl) medan balk-och-platta består av betong- eller stålbjälkar som är förbundna med en betongplatta. Ett box-balk -tvärsnitt består av en encellad eller multi-cellad låda. Under de senaste åren har integrerad brobyggnad också blivit populär.

Fasta eller rörliga broar

Spela media

Flytta en Bloomingdale Trail -bro från Ashland till Western i Chicago .

De flesta broar är fasta broar, vilket innebär att de inte har några rörliga delar och stannar på ett ställe tills de misslyckas eller rivs. Tillfälliga broar, till exempel Bailey-broar , är utformade för att monteras, tas isär, transporteras till en annan plats och återanvändas. De är viktiga inom militärteknik och används också för att transportera trafik medan en gammal bro byggs om. Rörliga broar är utformade för att röra sig ur vägen för båtar eller annan trafik, som annars skulle vara för lång för att passa. Dessa är i allmänhet eldrivna.

Tankbrotransportör från USA: s armé. Det här är mobila broar; tankar och andra fordon kan använda dem för att korsa vissa hinder.

Tankbrotransportören (TBT) har samma längdprestanda som en tank även när den är fullastad. Det kan distribuera, släppa och ladda broar oberoende, men det kan inte återställa dem.

långa broar

Den tvåsidiga George Washington Bridge , som förbinder New York City med Bergen County , New Jersey , USA, är världens mest trafikerade bro, som transporterar 102 miljoner fordon årligen.

Dubbeldäckade (eller dubbeldäckare) broar har två nivåer, till exempel George Washington Bridge , som förbinder New York City med Bergen County , New Jersey , USA, som världens mest trafikerade bro, som bär 102 miljoner fordon årligen; fackverk mellan vägbanorna gav styvhet i vägarna och minskad rörelse av den övre nivån när den nedre nivån installerades tre decennier efter den övre nivån. Den Tsing Ma Bridge och Kap Shui Mun Bridge i Hong Kong har sex körfält på sina övre däck, och på deras nedre däck finns två körfält och ett par spår för MTR tunnelbanetågen. Vissa dubbeldäckade broar använder bara en nivå för gatutrafik; den Washington Avenue Bridge i Minneapolis förbehåller sig lägre nivå för bil och lätt spårtrafik och dess övre nivån för gång- och cykeltrafik (övervägande studenter vid University of Minnesota ). På samma sätt, i Toronto , har Prince Edward Viaduct fem banor med motortrafik, cykelbanor och trottoarer på sitt övre däck; och ett par spår för tunnelbanelinjen Bloor – Danforth på dess nedre däck. Den västra delen av San Francisco – Oakland Bay Bridge har också två nivåer.

Robert Stephenson 's högnivå Bridge över floden Tyne i Newcastle upon Tyne , som blev färdig 1849, är ett tidigt exempel på en dubbeldäckad bron. Den övre nivån bär en järnväg, och den nedre nivån används för vägtrafik. Andra exempel inkluderar Britannia Bridge över Menai Strait och Craigavon ​​Bridge i Derry , Nordirland . Den Öresundsbron mellan Köpenhamn och Malmö består av en fyrfilig motorväg på det övre planet och ett par järnvägsspår på den lägre nivån. Tower Bridge i London är ett annat exempel på en dubbeldäckad bro, med den centrala sektionen som består av en låg nivå bascule span och en hög nivå gångbro .

Viadukter

En viadukt består av flera broar som är anslutna till en längre struktur. Den längsta och några av de högsta broarna är viadukter, till exempel Lake Pontchartrain Causeway och Millau Viaduct .

Flervägsbro

Den Tridge är en typ av flervägs bridge

En flervägsbro har tre eller flera separata spann som möts nära mitten av bron. Flervägsbroar med endast tre spänn visas som ett "T" eller "Y" sett ovanifrån. Flervägsbroar är extremt sällsynta. Tridge , Margaret Bridge och Zanesville Y-Bridge är exempel.

Bryggtyper efter användning

En bro kan kategoriseras efter vad den är konstruerad att bära, till exempel tåg, gång- eller vägtrafik ( vägbro ), en rörledning eller vattenväg för vattentransport eller pråmtrafik. En akvedukt är en bro som bär vatten, som liknar en viadukt, som är en bro som förbinder punkter med samma höjd. En väg-järnvägsbro bär både väg- och järnvägstrafik. Overway är en term för en bro som skiljer inkompatibel korsande trafik, särskilt väg och järnväg. En bro kan bära luftledningar liksom Storstrømbron .

Vissa broar rymmer andra ändamål, till exempel tornet Nový Most Bridge i Bratislava , som har en restaurang, eller en bro-restaurang som är en bro byggd för att fungera som restaurang. Andra hängbrostorn bär transmissionsantenner.

Naturvårdare använder övergångar för vilda djur för att minska fragmentering av livsmiljöer och kollisioner mellan djur och fordon. De första djurbroarna växte fram i Frankrike på 1950 -talet, och dessa typer av broar används nu över hela världen för att skydda både stora och små vilda djur.

Broar är också föremål för oplanerade användningar. Områdena under några broar har blivit provisoriska skyddsrum och hem för hemlösa, och broarna över hela världen är fläckar av vanligt graffiti. Vissa broar lockar människor som försöker självmord och blir kända som självmordsbroar .

Brotyper efter material

Järnbron som färdigställdes 1781 var den första gjutjärnsbron.

Krämerbrücke i Erfurt , Tyskland - med halv timrade byggnader

Liten stenbro, Othonoi , Grekland

Materialen som används för att bygga strukturen används också för att kategorisera broar. Fram till slutet av 1700 -talet gjordes broar av trä, sten och murverk. Moderna broar byggs för närvarande i betong, stål, fiberarmerade polymerer (FRP), rostfritt stål eller kombinationer av dessa material. Levande broar har byggts av levande växter som Ficus elastica trädrötter i Indien och blåregn vinstockar i Japan.

Analys och design

Highway överfart under uppförande i 2021, över Interstate 5 i Burbank, Kalifornien

Till skillnad från byggnader vars design leds av arkitekter, är broar vanligtvis designade av ingenjörer. Detta följer av vikten av de tekniska kraven; nämligen sträcker sig över hindret och har hållbarhet för att överleva, med minimalt underhåll, i en aggressiv utomhusmiljö. Broar analyseras först; böjmomentet och skjuvkraftsfördelningarna beräknas på grund av de belastningar som appliceras. För detta är finite element -metoden den mest populära. Analysen kan vara en-, två- eller tredimensionell. För de flesta broar räcker det med en tvådimensionell plattplattemodell (ofta med förstyvningsbalkar) eller en upprätthållig begränsad elementmodell. Efter avslutad analys är bron utformad för att motstå de applicerade böjningsmomenten och skjuvkrafterna, sektionsstorlekar väljs med tillräcklig kapacitet för att motstå påkänningarna. Många broar är gjorda av förspänd betong som har goda hållbarhetsegenskaper, antingen genom förspänning av balkar före installation eller efterspänning på plats.

I de flesta länder är broar, liksom andra strukturer, konstruerade enligt Load and Resistance Factor Design (LRFD) principer. Enkelt uttryckt betyder detta att belastningen räknas upp med en faktor som är större än enhet, medan strukturens motstånd eller kapacitet räknas ner, med en faktor som är mindre än enhet. Effekten av den faktorerade belastningen (spänning, böjningsmoment) bör vara mindre än det fakturerade motståndet mot den effekten. Båda dessa faktorer tillåter osäkerhet och är större när osäkerheten är större.

Estetik

Prins Clausbrug över kanalen Amsterdam – Rhen i Utrecht , Nederländerna

Världsarvet Stari Most (Gamla bron) ger sitt namn till staden Mostar , Bosnien och Hercegovina

De flesta broar är utilitaristiska i utseende, men i vissa fall kan broens utseende ha stor betydelse. Ofta är detta fallet med en stor bro som fungerar som en ingång till en stad eller korsar en huvudhamn. Dessa är ibland kända som signaturbroar. Designare av broar i parker och längs parkvägar lägger ofta också större vikt vid estetik. Exempel är stenbron längs Taconic State Parkway i New York.

Bridge på Gatwick Airport , under vilken flygplan kan passera

I allmänhet är broar mer estetiskt tilltalande om de är enkla i form, däcket är tunnare (i proportion till dess spännvidd), strukturens linjer är kontinuerliga och strukturelementens former återspeglar krafterna som påverkar dem. För att skapa en vacker bild är vissa broar byggda mycket högre än nödvändigt. Denna typ, som ofta finns i trädgårdar i östasiatisk stil, kallas en månbro , som framkallar en stigande fullmåne. Andra trädgårdsbroar får endast korsa en torr bädd av strömtvättade stenar, endast avsedda att förmedla ett intryck av en bäck. Ofta i palats kommer en bro att byggas över en konstgjord vattenväg som symbol för en passage till en viktig plats eller sinnestillstånd. En uppsättning med fem broar korsar en krånglig vattenväg på en viktig innergård i Förbjudna staden i Peking , Kina . Den centrala bron var uteslutande reserverad för användning av kejsaren och kejsarinnan, tillsammans med deras skötare.

Brounderhåll

Highway bridge behandlad med högfrekvent slagbehandling

Den uppskattade livslängden för broar varierar mellan 25 och 80 år beroende på plats och material. Broar kan dock åldras hundra år med korrekt underhåll och rehabilitering. Brounderhåll som består av en kombination av strukturell hälsoövervakning och testning. Detta regleras i landsspecifika ingenjörsnormer och inkluderar en löpande övervakning var tredje till sex månader, ett enkelt test eller en inspektion vartannat till tre år och en större inspektion vart sjätte till tio år. I Europa är underhållskostnaderna betydande och högre i vissa länder än utgifterna för nya broar. Svetsade stålbroars livslängd kan förlängas avsevärt genom efterbehandling av svetsövergångarna . Detta resulterar i en potentiell hög nytta genom att använda befintliga broar långt bortom den planerade livstiden.

Bridge trafik lastning

Även om svaret från en bro på den applicerade belastningen är väl förstått, är den tillämpade trafikbelastningen fortfarande föremål för forskning. Detta är ett statistiskt problem eftersom lastningen är mycket varierande, särskilt för vägbroar. Lasteffekter i broar (spänningar, böjningsmoment) är utformade för att använda principerna för last- och motståndsfaktordesign . Innan factoring för att möjliggöra osäkerhet anses belastningseffekten generellt vara det maximala karakteristiska värdet under en angiven returperiod . I Europa är det särskilt det högsta värde som förväntas på 1000 år.

Bridge -standarder inkluderar i allmänhet en lastmodell, som anses representera den karakteristiska maximala belastningen som kan förväntas under returperioden. Tidigare godkändes dessa belastningsmodeller av standardutarbetande expertkommittéer, men idag förändras denna situation. Det är nu möjligt att mäta komponenterna i brotrafikbelastning, att väga lastbilar med hjälp av WIM-teknik (weag -in-motion ). Med omfattande WIM -databaser är det möjligt att beräkna den maximala förväntade belastningseffekten under den angivna returperioden. Detta är ett aktivt forskningsområde som tar upp frågor om motsatta riktningsfält, körfält sida vid sida (samma riktning), trafiktillväxt, fordon med tillstånd/icke-tillstånd och långspännande broar (se nedan). I stället för att upprepa denna komplexa process varje gång en bro ska utformas, specificerar standardmyndigheterna förenklade begreppsmässiga lastmodeller, särskilt HL-93, avsedda att ge samma lasteffekter som de karakteristiska maxvärdena. Den Eurocode är ett exempel på en standard för bro trafikbelastning som utvecklats på detta sätt.

Trafikbelastning på långa broar

Trafik på Forth Road Bridge , Skottland, innan den stängdes för allmän trafik. Trafiken har nu flyttats till Queensferry Crossing , som syns till vänster.

De flesta brostandarder är endast tillämpliga för korta och medelstora spann - till exempel är Eurokoden endast tillämplig för lastade längder upp till 200 m. Längre omfattningar behandlas från fall till fall. Det är allmänt accepterat att lastens intensitet minskar när spännvidden ökar eftersom sannolikheten för att många lastbilar är nära varandra och extremt tunga minskar när antalet inblandade lastbilar ökar. Det antas också generellt att korta sträckor styrs av ett litet antal lastbilar som reser i hög hastighet, med hänsyn till dynamik. Längre sträckor å andra sidan styrs av överbelastad trafik och ingen hänsyn till dynamik behövs. Att beräkna lasten på grund av överbelastad trafik är fortfarande en utmaning eftersom det finns en brist på data om luckor mellan fordon, både inom-fil och inter-fil, under överbelastade förhållanden. Wigh-in-Motion (WIM) -system ger data om luckor mellan fordon men fungerar bara bra vid fritt flödande trafikförhållanden. Vissa författare har använt kameror för att mäta luckor och fordonslängder i fastklämda situationer och har dragit slutsatser från längder med hjälp av WIM -data. Andra har använt mikrosimulering för att generera typiska kluster av fordon på bron.

Brovibrationer

Broar vibrerar under belastning och detta bidrar i större eller mindre utsträckning till påfrestningarna. Vibrationer och dynamik är i allmänhet mer signifikanta för smala strukturer som fotgängbroar och lång- eller vägbroar. Ett av de mest kända exemplen är Tacoma Narrows Bridge som kollapsade strax efter att den byggdes på grund av överdriven vibration. På senare tid vibrerade Millennium Bridge i London alltför mycket under fotgängarlastning och stängdes och eftermonterades med ett system med spjäll. För mindre broar är dynamiken inte katastrofal men kan bidra till en ytterligare förstärkning av spänningarna på grund av statiska effekter. Exempelvis anger Eurokoden för brolastning förstärkningar på mellan 10% och 70%, beroende på intervallet, antalet trafikfält och typen av spänning (böjmoment eller skjuvkraft).

Fordons-bro dynamisk interaktion

Det har gjorts många studier av den dynamiska interaktionen mellan fordon och broar under fordonsövergångshändelser. Fryba gjorde banbrytande arbete med samspelet mellan en rörlig last och en Euler-Bernoulli-balk. Med ökad datorkraft har fordon-bro-interaktionsmodeller (VBI) blivit allt mer sofistikerade. Oron är att en av de många naturliga frekvenser som är associerade med fordonet kommer att resonera med broens första naturliga frekvens. De fordonsrelaterade frekvenserna inkluderar karossstopp och axelhopp men det finns också pseudofrekvenser associerade med fordonets hastighet för att korsa och det finns många frekvenser associerade med ytprofilen. Med tanke på den stora variationen av tunga fordon på vägbroar har ett statistiskt tillvägagångssätt föreslagits, med VBI -analyser utförda för många statiskt extrema lasthändelser.

Brofel

Broarens misslyckande är särskilt oroande för konstruktionsingenjörer när de försöker dra lärdomar som är viktiga för brokonstruktion, konstruktion och underhåll.

Brytornas misslyckande fick först nationellt intresse i Storbritannien under viktorianska eran när många nya konstruktioner byggdes, ofta med nytt material, och några av dem misslyckades katastrofalt.

I USA spårar National Bridge Inventory de strukturella utvärderingarna av alla broar, inklusive beteckningar som "strukturellt bristfällig" och "funktionellt föråldrad".

Bridge hälsoövervakning

Det finns flera metoder som används för att övervaka tillståndet hos stora strukturer som broar. Många långa broar övervakas nu rutinmässigt med en rad sensorer. Många typer av sensorer används, inklusive töjningsgivare, accelerometrar , tiltmätare och GPS. Accelerometrar har fördelen att de är tröghet, dvs de behöver inte en referenspunkt att mäta från. Detta är ofta ett problem för avstånds- eller avböjningsmätning, särskilt om bron är över vatten.

Ett alternativ för strukturell integritetsövervakning är "kontaktfri övervakning", som använder Doppler-effekten (Doppler-skift). En laserstråle från en laserdopplervibrometer riktas till intressepunkten, och vibrationsamplituden och frekvensen extraheras från laserstrålens frekvens på grund av rörelsens rörelse. Fördelen med denna metod är att installationstiden för utrustningen är snabbare och till skillnad från en accelerometer gör detta mätningar möjliga på flera strukturer på så kort tid som möjligt. Dessutom kan denna metod mäta specifika punkter på en bro som kan vara svåråtkomliga. Vibrometrar är dock relativt dyra och har den nackdelen att en referenspunkt behövs för att mäta utifrån.

Ögonblicksbilder av en bros yttre tillstånd kan spelas in med Lidar för att underlätta broinspektion. Detta kan ge mätning av brogeometrin (för att underlätta byggandet av en datormodell) men noggrannheten är i allmänhet otillräcklig för att mäta bryggböjningar under belastning.

Medan större moderna broar rutinmässigt övervakas elektroniskt, inspekteras i allmänhet mindre broar visuellt av utbildade inspektörer. Det finns ett stort forskningsintresse för utmaningen med mindre broar eftersom de ofta är avlägsna och inte har elkraft på plats. Möjliga lösningar är installation av sensorer på ett specialkontrollfordon och användning av dess mätningar när den kör över bron för att utläsa information om broens tillstånd. Dessa fordon kan utrustas med accelerometrar, gyrometrar, laserdopplervibrometrar och vissa har till och med förmågan att applicera en resonanskraft på vägytan för att dynamiskt excitera bron vid dess resonansfrekvens.

Visuellt index

Se även

Referenser

Vidare läsning

• Brown, David J. Bridges: Tre tusen år med att trotsa naturen . Richmond Hill, Ont: Firefly Books, 2005. ISBN  1-55407-099-6 .
• Sandak, Cass R. Bridges . En lättläst modern underverk bok. New York: F. Watts, 1983. ISBN  0-531-04624-9 .
• Whitney, Charles S. Bridges of the World: deras design och konstruktion . Mineola, NY: Dover Publications, 2003. ISBN  0-486-42995-4 (Unabridged republication of Bridges: a study in their art, science, and evolution . 1929.)

externa länkar

• Digital Bridge: Bridges of the 19th Century , en samling digitaliserade böcker vid Lehigh University
• Structurae - International Database and Gallery of Engineerings Structures med över 10000 broar.
• US Federal Highway Administration Bridge Technology
• Museum of Japanese Timber Bridges arkiverades den 23 juni 2011 på Wayback Machine Fukuoka University
• "bridge-info.org": webbplats för broar