Hvorfor designe en skråstagsbro med pyloner, der er skrå mod den forhindring, der spændes over?

Hvorfor bygge pyloner, der er tilbøjelige væk fra hindringen, der spændes over?

Ud over at være æstetisk interessant kan dette også være strukturelt effektivt. Personligt har jeg ve de mange broer ved Calatrava ved hjælp af dette koncept, især Puente del Alamillo . Pylon er faktisk fuldt komprimeret under død belastning: kabelspændingen og pylonens egenvægt opløses i en kraft direkte ned ad pylonens akse.

Hvorfor bygge pyloner, der er tilbøjelige mod hindringen, der spændes over?

Desværre er hovedsvaret æstetik. “Kunst” er stolt af sted, hvilket øger omkostningerne. For her har vi pylonens egenvægt og kabelspændingen, der virker sammen, begge bøjning af pylon i samme retning. For at modvirke dette bruger du typisk meget forspænding.

Ok, så jeg kan se, at det kunne give teknisk mening, hvis du på grund af dine webstedsbegrænsninger havde en kort hovedspændvidde og lange backspans; for da kunne backspan-kabelkraften (der virker mod pylonens egenvægt) være større end kabelspændingens hovedspændingskraft. Men det ville være meget usædvanligt og er ikke tilfældet i det billede, du har givet.

En note om konstruktion af skrånende pyloner

Din “sædvanlige strategi” er faktisk ikke almindelig for større skråstagsbroer. Langt mere almindeligt er at bygge en del af pylon og en del af dækket, forbinde dem med et kabel og derefter gentage. Ved at følge denne metode reduceres selvvægtens ude af balance på en skrå pylon meget.

Kommentarer

• Nogle virkelig forfærdelige (med med hensyn til teknisk forstand) ting er blevet gjort i brodesign i navnet ‘ art ‘. Se f.eks. sunderlandecho.com/news/business/… som kom meget tæt på at blive bygget før omkostningerne blev så astronomiske, at de blev annulleret.
• @achrn – Et godt eksempel. Desværre er alt for mange andre at nævne …
• Er det virkelig dårligt for en bros æstetiske eller kunstneriske værdi at opveje de ekstra omkostninger, der er forbundet med at opbygge et mindre effektivt design? Så længe designet er sikkert, hvorfor så ikke skabe noget af skønhed, mens du opretter noget funktionelt på samme tid?
• @KevinWells – Nå, kom til et ingeniørsted, og du ‘ Jeg får svar fra en ingeniør! Ingeniører har tendens til at være praktiske snarere end kunstneriske … Der er helt sikkert tilfælde, hvor en stigning i omkostningerne på grund af kunstneriske elementer er acceptabel; se f.eks. Puente del Alamillo, som jeg nævnte; det ville have været mere omkostningseffektivt at bygge en enklere bro, men jeg accepterer de kunstneriske elementer, da de har strukturel funktion.Når kunstneriske elementer er anti-strukturelle, er jeg (med min tekniske hat på) død imod dem.

Som AndyT siger – det ser ud til, at det er æstetik i de fleste tilfælde.

I betragtning af ovenstående som svar, er følgende i det væsentlige en kommentar, men syntes at være værd at sende, da det giver en masse detaljer om, hvad der går i et design, og hvordan der er problemer, der ikke er synlige for “udenforstående”, men som kan være vigtige. F.eks. er i dette eksempel spændingen meget let buet, hvilket resulterer i en 66 mm afbøjning i kørebanen (under 3 inches), men det forårsagede ekstra vanskeligheder Og den nødvendige indsats for at konstruere denne bro og de stramme tolerancer er slet ikke åbenlyse ved inspektion.

Dette syntes værd, da det oprindelige spørgsmål kun spørger om de vinklede tårne, dette viser, hvor mange andre usete faktorer kan være påvirker designet.

ORMISTON VEJKABEL OPHOLDET BRO
Dette papir giver et overblik over udvalgte konstruktionsudfordringer, der er stødt på under opførelsen af Ormiston Road skråstagsbro, en ikonisk skråstags sammensat stål- og betonbro konstrueret i Sir Barry Curtis Park, Manukau City, Auckland.

Hvis jeg forstår beskrivelsen korrekt, er det ene tårn i betydelig kompression og det andet i spænding. Dette er en lille vejbro, men forskellige begrænsninger gør tekniske vanskeligheder større end i nogle meget større broer.

Nogle nøglekommentarer – hele papiret er værd at læse.

• Konstruktionen af kabelstagsbroen var teknisk meget kompleks på grund af den asymmetriske geometri og meget tæt angivne tolerancer. Brodækket ligger i en radius på ca. 37 km, hvilket lyder meget fladt, men resulterer i niveauvariationer på grund af krumning på 66 mm langs broens længde. 45,5 m pyloner består af en 28 m sektion af armeret beton tilspidset fra 1,8 m diameter ved bunden til 1,3 m diameter øverst med en 5,5 m høj strukturel stålkasse for at give forankring til opholdskablerne og toppet med en 12 m gitterspir lavet af rustfrit stål og glas. For yderligere at komplicere forholdene hældes begge pyloner tilbage i længderetningen ved 15 grader og vinkles sammen ved 5 grader og var ikke selvbærende.

• Der var meget lidt tolerance for at sikre, at opholdskablerne var korrekt justeret mellem pylon og dækforankringer. Den vinklede rotationstolerance på 0,25 grader, der sædvanligvis er specificeret for kabelstængebroer , krævede, at opholdsforankringernes positionstolerance var inden for 3 mm. Med dette nøjagtighedsniveau var meget af byggearbejdet og risikoreduktion fokuseret på undersøgelsesintegritet og bevarelse af konstruktionstolerancer.

• Betonstolpen er vinklet i to retninger, hvilket giver et dynamisk element til broen. De er også placeret tættere på det vestlige anlæg end det østlige, hvilket betyder, at rygspændet er betydeligt kortere end forspændet. Denne asymmetri genererer betydelig opløftning på det vestlige anlæg, som modstås med dybe spændingsbunker.

• Normal Drossbach-kanalering kunne ikke bruges som senebeklædning efter forskning viste, at Drossbach kunne kollapse ved ca. 12 m betonhoved. 100NB ståltryksrør blev brugt som et alternativ, som kunne klare de høje hy

• Sener blev samlet på jorden inden løftning og placering inden i bunkerne, som allerede havde forstærkningen bur installeret. Det krævede en synkroniseret indsats af 3 kraner ved hjælp af 6 snavsblokke og en gravemaskine for at kunne løfte de 45 m lange fleksible sener fra vandret til lodret uden at knække senen, så de kunne sænkes ned i bunkehuset.

• Bunnsæner passerer gennem den vestlige del og slutter i dækket. Dette betød, at senerne ikke kunne stresses og fuges, før dækket var blevet hældt omkring 9 måneder senere. Som en midlertidig foranstaltning for at forhindre korrosion af strengen blev ** en natriumhydroxidopløsning introduceret til bunke senerne for at skabe et beskyttende alkalimiljø. Regelmæssig pH-test blev brugt til at overvåge og opretholde alkalinitet.

• Mens brospændingen er kort ved 70 m, var det effektive sidelastningsareal for kablerne ens størrelse til en meget større skråstagsbro på grund af den store dækbredde og resulterede i kabelstabiliteter af samme størrelse.

Gangbro med “skæve tårn” ved Brown Owl (hoo?) I New Zealand.

Placering på Google maps

Kommentarer

• For det første: din forståelse af ” et tårn er i spænding ” er forkert: begge tårne er i kompression, en anlæg er i spænding. For det andet: Jeg kan ‘ ikke se nogen teknisk begrundelse for designet – det ligner endnu et eksempel, hvor formularen blev valgt til æstetik (” en kabelstagsbro med to pyloner i den ene ende ville se cool ud “), hvilket resulterede i oprettelsen af ekstra tekniske udfordringer (anslaget i spænding). For det tredje: Gud hjælp mig, men jeg ‘ ville elske at arbejde på det; det ser sejt ud! : D
• @AndyT (2) re ” … Jeg kan ‘ ikke se nogen teknisk begrundelse for designet … ” – > Faktisk – som jeg bemærkede i første sætning. dvs. vi er enige. (1) Abutment / tower – > Enig. Jeg vidste, at det føltes meget forkert, men jeg gik (dumt) ikke tilbage til billedet, hvilket gør det indlysende, at begge tårne SKAL være i spænding. Jeg var, tror jeg forveksler anlæg med tårnfundament – hvilket ikke er, hvad de mente. (3) Sjovt at lege med, ja, MEN det virker helt for klogt efter min smag. Jeg ‘ er en EE med et stort overløb til ” andet ” – hvis det mislykkes i de næste par årtier blev jeg ‘ ikke overrasket. Forhåbentlig dog ikke.
• @AndyT De sagde, at det var den første kabelstagsbro i NZ. Vejbro måske – men denne gangbro ved Brown Owl [:-)] har været der i måske 20 år.

Jeg tror, der er en fornuftig teknisk grund, som ingen har påpeget endnu. På billedet i det originale spørgsmål ser det centrale spænd ud til at være lidt længere end dobbelt længde af hvert ydre kabelforstærket span. Dette indebærer en større belastning fra hver halvdel af det centrale span end fra hvert ydre kabelunderstøttede span. Desuden ville kablerne fra strengt lodrette tårne skulle være mere overfladiske for at nå den større afstand til centrum af det centrale spændvidde, hvilket yderligere ville øge den nødvendige spænding for at understøtte den samme delvise lodrette belastning.

Dette ville resultere i ubalanceret spænding på lodrette tårne og har tendens til at trække dem indad og forvride broen. At have tårnene lænet udad – og / eller trækkes udad af yderligere spænding i jordstøtten – kan være en måde at imødekomme ubalancen på (som i det asymmetriske eksempel i svaret fra @RussellMcMahon), men det kan være, at det krævede spændingsniveau bliver upraktisk for den krævede belastning og spændvidde og givet støttestrukturen på flodlejet til broen i spørgsmålet. Under alle omstændigheder ser det ud til at kræve mere strukturel støtte – og dermed udgift – at have tårnene lænede udad mod endnu større spænding for at understøtte en endnu større rækkevidde til midten af det lange centrale span. (Dette kan være grunden til, at traditionel visdom havde problemer med at komme med et brugbart og overkommeligt design, hvis det var tilfældet i denne sag.)

I stedet ser det ud til, at kablerne er i stand til at lade tårnene vippe indad at opretholde en mere afbalanceret profil med mindre stress tilføjet til designet bare for at afbalancere det. Toppen af tårnene er tæt på hvert midtpunkt mellem centrum af det centrale span og den ydre rækkevidde af hvert ydre kabelunderstøttede span, så kablerne under den største spænding (og med den største vandrette komponent) er de mest symmetriske … for derefter at holde sidekræfterne på hvert tårn afbalanceret. Det ligner mere, at bunden af lodrette tårne simpelthen blev skubbet længere fra hinanden, samtidig med at toppe blev fastgjort, hvilket betyder, at strukturen og udgiften er mere som for en kortere central spænding ved hjælp af symmetriske kabler fra lodrette tårne snarere end den accelererende udgift i længere tid. spændt afstand med konventionelle designs.

Den nøjagtige afstand mellem kabelbeslag på spændvidde er muligvis ikke nøjagtig den samme for det centrale spændvidde og ydre spændvidde og kan variere lidt over hvert spænd for at variere den belastning, som hver understøtter lidt når monteringspunktet på tårnet bliver længere fra centrum mellem paret af delbelastninger. Hvert trinvis tættere par kabler kan derefter placeres for at afbalancere sidespændingen ved tårnet og holde belastningen på tårnet rettet langs dets kompressionsstyrkeaksen. Den tekniske matematik til at udarbejde de optimale placeringer er uden for mig.Det er muligt, at kabellastafstanden trods alt er ensartet. Det behøver bare ikke nødvendigvis at være med denne tilgang.