Warum sollte eine Schrägseilbrücke mit Pylonen entworfen werden, die zum überspannten Hindernis geneigt sind?

Warum Pylone bauen, die von dem überspannten Hindernis weg geneigt sind?

Dies ist nicht nur ästhetisch interessant, sondern kann auch strukturell effizient sein ve die vielen Brücken von Calatrava unter Verwendung dieses Konzepts, insbesondere die Puente del Alamillo . Der Pylon ist unter Eigenlast tatsächlich vollständig zusammengedrückt: Die Kabelspannung und das Eigengewicht des Pylons lösen sich in eine Kraft direkt entlang der Achse des Pylons auf.

Warum Pylone bauen, die in Richtung des überspannten Hindernisses geneigt sind?

Leider ist die Hauptantwort die Ästhetik. „Kunst“ nimmt einen hohen Stellenwert ein und erhöht die Kosten. Denn hier wirken das Eigengewicht des Pylons und die Kabelspannung zusammen, wobei beide den Pylon in die gleiche Richtung biegen. Um dem entgegenzuwirken, verwenden Sie normalerweise viel Vorspannung.

Ok, damit ich sehen kann, dass es technisch sinnvoll sein kann, wenn Sie aufgrund Ihrer Site-Einschränkungen einen Kurzschluss hatten Hauptspanne und lange Backspans; denn dann könnte die Backspan-Kabelkraft (die gegen das Eigengewicht des Pylons wirkt) größer sein als die Haupt-Span-Kabelkraft. Dies wäre jedoch sehr ungewöhnlich und auf dem von Ihnen bereitgestellten Bild nicht der Fall.

Ein Hinweis zum Bau geneigter Pylone

Ihre „übliche Strategie“ ist in der Tat bei größeren Schrägseilbrücken nicht üblich. Weitaus häufiger wird ein Abschnitt des Pylons und ein Abschnitt des Decks gebaut, mit einem Kabel verbunden und dann wiederholt. Nach dieser Methode wird die aus dem Gleichgewicht geratene Belastung des Eigengewichts eines geneigten Pylons stark reduziert.

Kommentare

• Einige wirklich schrecklich (mit in Bezug auf den technischen Sinn) wurden Dinge im Brückendesign im Namen von ‚ art ‚ getan. Siehe zum Beispiel sunderlandecho.com/news/business/… , das kurz davor stand, zuvor gebaut zu werden Die Kosten wurden so astronomisch, dass sie annulliert wurden.
• @achrn – Ein großartiges Beispiel. Leider zu viele andere, um sie zu erwähnen …
• Ist es wirklich schlecht für den ästhetischen oder künstlerischen Wert einer Brücke, manchmal die zusätzlichen Kosten für den Bau eines weniger effizienten Designs aufzuwiegen? Solange das Design sicher ist, warum nicht etwas Schönes schaffen und gleichzeitig etwas Funktionales schaffen?
• @KevinWells – Nun, kommen Sie zu einer Engineering-Site und Sie ‚ Ich bekomme eine Antwort von einem Ingenieur! Ingenieure sind eher praktisch als künstlerisch … Es gibt sicherlich Fälle, in denen eine Erhöhung der Kosten aufgrund künstlerischer Elemente akzeptabel ist. siehe z.B. die Puente del Alamillo, die ich erwähnte; Es wäre kostengünstiger gewesen, eine einfachere Brücke zu bauen, aber ich akzeptiere die künstlerischen Elemente, da sie strukturelle Funktionen haben.Wenn künstlerische Elemente antistrukturell sind, bin ich (mit meinem technischen Hut) tot gegen sie.

Wie AndyT sagt – es scheint in den meisten Fällen ästhetisch zu sein.

Angesichts der obigen Ausführungen als Antwort ist das Folgende im Wesentlichen ein Kommentar, schien aber eine Veröffentlichung wert zu sein, da es viele Details darüber enthält, worauf es ankommt ein Design und wie es Probleme gibt, die für „Außenstehende“ nicht offensichtlich sind, die aber wichtig sein können. In diesem Beispiel ist die Spannweite sehr leicht gekrümmt, was zu einer Durchbiegung der Fahrbahn von 66 mm (unter 3 Zoll) führt, aber zusätzliche Schwierigkeiten verursacht Und der Aufwand für den Bau dieser Brücke und die engen Toleranzen sind bei der Inspektion überhaupt nicht ersichtlich.

Dies schien sich zu lohnen, da die ursprüngliche Frage nur nach den abgewinkelten Türmen fragt, wie viele andere unsichtbare Faktoren dies können Auswirkungen auf das Design.

ORMISTON ROAD CABLE STAYED BRIDGE
Dieses Dokument bietet einen Überblick über ausgewählte bauliche Herausforderungen beim Bau der Schrägseilbrücke Ormiston Road, einer ikonischen Schrägseilbrücke aus Stahl und Beton, die im Sir Barry Curtis Park in Manukau City, Auckland, gebaut wurde.

Wenn ich die Beschreibung richtig verstehe, ist ein Turm stark zusammengedrückt und der andere gespannt. Dies ist eine kleine Straßenbrücke, aber verschiedene Einschränkungen machen technische Schwierigkeiten größer als bei einigen viel größeren Brücken.

Einige wichtige Kommentare – das gesamte Papier ist lesenswert.

• Der Aufbau der Schrägseilbrücke war aufgrund der asymmetrischen Geometrie technisch sehr komplex und sehr eng Toleranzen angegeben. Das Brückendeck hat einen Radius von ca. 37 km, was sehr flach klingt, aber aufgrund der Krümmung von 66 mm entlang der Länge der Brücke zu Schwankungen der Pegel führt. Die 45,5 m langen Pylone bestehen aus einem 28 m langen Stahlbetonabschnitt, der sich von 1,8 m Durchmesser an der Basis auf 1,3 m Durchmesser an der Oberseite verjüngt. Ein 5,5 m hoher Stahlbaukasten dient zur Verankerung der Schrägseile und ist mit einem 12 m hohen Stahlkasten versehen Gitterspitze aus Edelstahl und Glas. Um die Sache noch weiter zu verkomplizieren, sind beide Pylone bei 15 Grad in Längsrichtung nach hinten geneigt und bei 5 Grad zusammengewinkelt und nicht selbsttragend.

• Es gab sehr wenig Toleranz bei der Sicherstellung, dass die Schrägseile waren korrekt zwischen dem Pylon und den Deckverankerungen ausgerichtet. Die Winkelrotationstoleranz von 0,25 Grad, die üblicherweise für Schrägseilbrücken angegeben wird, erforderte, dass die Positionstoleranz der Strebenverankerungen innerhalb von 3 mm liegt. Mit dieser Genauigkeit konzentrierte sich ein Großteil des Bauaufwands und der Risikominderung auf die Integrität der Vermessung und die Einhaltung der Bautoleranzen.

• Die Betonmasten sind in zwei Richtungen abgewinkelt und bilden ein dynamisches Element für die Brücke. Sie sind auch näher am westlichen Abutment als am östlichen positioniert, was bedeutet, dass die hintere Spannweite erheblich kürzer als die vordere Spannweite ist. Diese Asymmetrie erzeugt eine beträchtliche Anhebung des westlichen Widerlagers, dem tiefe Spannungspfähle widerstehen.

• Normale Drossbach-Leitungen konnten nicht als Sehnenummantelung verwendet werden, nachdem Untersuchungen gezeigt hatten, dass Drossbach bei etwa 12 m Betonhöhe einstürzen könnte. Als Alternative wurde ein Druckrohr aus 100NB Stahl verwendet, das die hohen hy

• Sehnen bewältigen konnte, die vor dem Anheben und Einsetzen in die Pfähle, die bereits die Verstärkung hatten, auf dem Boden montiert wurden Käfig installiert. Es dauerte eine synchronisierte Anstrengung von 3 Kränen mit 6 Greifblöcken und einem Bagger, um die 45 m langen flexiblen Sehnen erfolgreich von horizontal nach vertikal anzuheben, ohne die Sehne zu knicken, so dass sie in die Pfahlhülle abgesenkt werden konnten.

• Die Pfahlsehnen verlaufen durch das westliche Widerlager und enden im Deck. Dies bedeutete, dass die Sehnen nicht beansprucht und verfugt werden konnten, bis das Deck etwa 9 Monate später gegossen worden war. Als vorübergehende Maßnahme zur Verhinderung der Korrosion des Strangs ** wurde eine Natriumhydroxidlösung in die Pfahlsehnen eingeführt, um eine schützende alkalische Umgebung zu schaffen. Regelmäßige pH-Tests wurden verwendet, um die Alkalität zu überwachen und aufrechtzuerhalten.

• Während die Brückenspanne bei 70 m kurz ist, war die effektive Nebenlastfläche für die Kabel ähnlich Größe zu einer viel größeren Schrägseilbrücke aufgrund der großen Deckbreite und führte zu ähnlich großen Kabelstreben.

Fußgängerbrücke mit „schiefen Turm“ bei Brown Owl (hoo?) In Neuseeland.

Speicherort auf Google Maps

Kommentare

• Erstens: Ihr Verständnis von “ einem Turm, der unter Spannung steht “ ist falsch: Beide Türme stehen unter Druck, ein Widerlager steht unter Spannung. Zweitens: Ich kann ‚ keine technische Rechtfertigung für das Design sehen – es sieht aus wie ein weiteres Beispiel, bei dem das Formular aus ästhetischen Gründen ausgewählt wurde (“ Eine Schrägseilbrücke mit zwei Pylonen an einem Ende würde cool aussehen „), was zur Erstellung von extra führte technische Herausforderungen (das Widerlager unter Spannung). Drittens: Gott helfe mir, aber ich ‚ hätte gerne daran gearbeitet; es sieht cool aus! : D
• @AndyT (2) re “ … Ich kann ‚ keine technische Begründung dafür sehen das Design … “ – > In der Tat – wie ich im ersten Satz bemerkt habe. dh wir sind uns einig. (1) Abutment / Turm – > Zustimmen. Ich wusste, dass sich das sehr falsch anfühlte, aber ich ging (dumm) nicht auf das Bild zurück, was deutlich macht, dass beide Türme unter Spannung stehen MÜSSEN. Ich dachte, ich würde das Abutment mit dem Turmfundament verwechseln – was sie nicht meinten. (3) Es macht Spaß, damit zu spielen, ja, aber es scheint insgesamt zu klug für meinen Geschmack. Ich ‚ bin ein EE mit einem größeren Überlauf in “ andere “ – wenn dies fehlschlägt in den nächsten Jahrzehnten würde ich ‚ nicht überrascht sein. Hoffentlich nicht.
• @AndyT Sie sagten, es sei die erste Schrägseilbrücke in Neuseeland. Straßenbrücke vielleicht – aber diese Fußgängerbrücke bei Brown Owl [:-)] ist seit vielleicht 20 Jahren dort.

Ich glaube, es gibt einen vernünftigen technischen Grund, auf den noch niemand hingewiesen hat. In dem Bild in der ursprünglichen Frage scheint die zentrale Spannweite etwas länger als die doppelte Länge jeder äußeren kabelgestützten Spannweite zu sein. Dies impliziert eine größere Belastung von jeder Hälfte der mittleren Spannweite als von jeder äußeren kabelgestützten Spannweite. Darüber hinaus müssten die Kabel von streng vertikalen Türmen flacher werden, um den größeren Abstand zur Mitte der zentralen Spannweite zu erreichen, was die Spannung, die zur Aufnahme derselben vertikalen Teillast erforderlich ist, weiter erhöhen würde.

Das würde führen zu unausgeglichenen Spannungen an vertikalen Türmen und neigen dazu, diese nach innen zu ziehen und die Brücke zu verzerren. Wenn sich die Türme nach außen neigen – und / oder durch zusätzliche Spannung in die Bodenstütze nach außen gezogen werden – kann dies eine Möglichkeit sein, das Ungleichgewicht auszugleichen (wie im asymmetrischen Beispiel in der Antwort von @RussellMcMahon), aber es kann auch so sein Das erforderliche Spannungsniveau wird für die erforderliche Last und Spannweite unpraktisch und angesichts der tragenden Struktur auf dem Flussbett für die betreffende Brücke. In jedem Fall scheint es sicherlich mehr strukturelle Unterstützung – und damit Kosten – zu erfordern, wenn sich die Türme gegen eine noch größere Spannung nach außen lehnen, um eine noch größere Reichweite zum Zentrum der langen zentralen Spannweite zu unterstützen. (Dies mag der Grund sein, warum herkömmliche Weisheiten Schwierigkeiten hatten, ein funktionsfähiges und erschwingliches Design zu finden, wenn dies für diesen Fall zutrifft.)

Stattdessen scheint es, dass die Kabel durch die Neigung der Türme nach innen in der Lage sind ein ausgewogeneres Profil beizubehalten, wobei dem Design weniger Stress hinzugefügt wird, um es auszugleichen. Die Spitzen der Türme befinden sich in der Nähe jedes Mittelpunkts zwischen der Mitte der zentralen Spannweite und der äußeren Reichweite jeder äußeren kabelgestützten Spannweite, sodass die Kabel unter der größten Spannung (und mit der größten horizontalen Komponente) die symmetrischsten … um dann die Seitenkräfte auf jeden Turm auszugleichen. Es ist eher so, als ob die Basis vertikaler Türme einfach weiter auseinander geschoben wurde, während die Oberseiten festgehalten wurden, was bedeutet, dass die Struktur und die Kosten eher denen für eine kürzere zentrale Spannweite entsprechen, wenn symmetrische Kabel von vertikalen Türmen verwendet werden, als die Beschleunigungskosten für die längeren Überspannungsabstand bei herkömmlichen Konstruktionen.

Der genaue Abstand zwischen den Kabelhalterungen auf der Spannweite ist möglicherweise nicht genau gleich für die mittlere Spannweite und die äußeren Spannweiten und kann über jede Spannweite geringfügig variieren, um die Last, die jeder Träger trägt, geringfügig zu variieren Wenn der Montagepunkt auf dem Turm weiter von der Mitte zwischen dem Teillastpaar entfernt ist, kann jedes inkrementell engere Kabelpaar so platziert werden, dass die seitliche Spannung am Turm ausgeglichen wird und die Last auf dem Turm entlang seines Turms gerichtet bleibt Achse der Druckfestigkeit. Die technische Mathematik zur Ermittlung der optimalen Platzierungen ist mir ein Rätsel.Es ist möglich, dass der Kabellastabstand doch gleichmäßig ist; dies muss bei diesem Ansatz nicht unbedingt der Fall sein.