Hvorfor utforme en skråstagsbro med stolper som er tilbøyelige til hindringen som spennes?

Hvorfor bygge pyloner som er tilbøyelige vekk fra hindringen som spennes?

I tillegg til å være estetisk interessant, kan dette også være strukturelt effektivt. Personlig ve de mange broene av Calatrava ved hjelp av dette konseptet, spesielt Puente del Alamillo . Pylon er faktisk fullstendig i kompresjon under død belastning: kabelspenningen og pylonens egenvekt løser seg opp i en kraft direkte ned på pylonens akse.

Hvorfor bygge pyloner som er tilbøyelige mot hindringen som spennes?

Dessverre er hovedsvaret estetikk. «Kunst» tar stolthet i stedet, øker kostnadene. For her har vi pylonens egenvekt og kabelspenningen som virker sammen, begge bøyer pylon i samme retning. For å motvirke dette vil du vanligvis bruke mye forspenning.

Ok, så jeg kan se at det kan være teknisk fornuftig hvis du på grunn av nettstedets begrensninger hadde en kort hovedspenn og lange backspans; fordi da backspan kabelkraft (som virker mot pylon egenvekt) kan være større enn hovedspennkabelkraften. Men det ville være veldig uvanlig og er ikke tilfelle på bildet du har gitt.

Et notat om konstruksjon av skråstengte

Din «vanlige strategi» er faktisk ikke vanlig for større skråkabelbroer. Langt mer vanlig er å bygge en del av pylon og en del av dekket, bli med dem med en kabel og deretter gjenta. Ved å følge denne metoden reduseres selvvektens ubalanse på en skrå pylon mye.

Kommentarer

• Noen virkelig forferdelige (med respekt for teknisk sans) ting har blitt gjort i brodesign i navnet ‘ art ‘. Se for eksempel sunderlandecho.com/news/business/… som kom veldig nær å bli bygget en før kostnadene ble så astronomiske at de ble kansellert.
• @achrn – Et godt eksempel. For mange andre å nevne, dessverre …
• Er det virkelig ille for den estetiske eller kunstneriske verdien av en bro noen ganger oppveier de ekstra kostnadene som er forbundet med å bygge et mindre effektivt design? Så lenge designet er trygt, hvorfor ikke skape noe av skjønnhet mens du skaper noe funksjonelt samtidig?
• @KevinWells – Vel, kom til et teknisk nettsted, og du ‘ Jeg får svar fra en ingeniør! Ingeniører pleier å være praktiske snarere enn kunstneriske … Det er absolutt tilfeller der en økning i kostnadene på grunn av kunstneriske elementer er akseptabel; se f.eks. Puente del Alamillo som jeg nevnte; det hadde vært mer kostnadseffektivt å bygge en enklere bro, men jeg godtar de kunstneriske elementene ettersom de har strukturell funksjon.Når kunstneriske elementer er anti-strukturelle, er jeg (med ingeniørhatten på) død mot dem.

Som AndyT sier – det ser ut til at det er estetikk i de fleste tilfeller.

Gitt det ovennevnte som svar, er følgende i det vesentlige en kommentar, men virket verdt å legge ut, da det gir mange detaljer om hva som går inn i et design og hvordan det er problemer som ikke er synlige for «utenforstående», men som kan være viktige. f.eks. i dette eksemplet er spennet veldig svakt, noe som resulterer i en 66 mm avbøyning i veibanen (under 3 inches), men det forårsaket ekstra vanskeligheter … Og innsatsen som trengs for å konstruere denne broen og de stramme toleransene, er slett ikke åpenbar fra inspeksjonen.

Dette virket verdt som mens det originale spørsmålet spør om bare de vinklede tårnene, dette viser hvor mange andre usynlige faktorer som kan påvirke designet.

ORMISTON VEGKABEL OPPSTILLT BRO
Denne artikkelen gir en oversikt over utvalgte konstruksjonsutfordringer som ble opplevd under byggingen av Ormiston Road skråstagsbro, en ikonisk skråkabelstål sammensatt stål- og betongbro konstruert i Sir Barry Curtis Park, Manukau City, Auckland.

Hvis jeg forstår beskrivelsen riktig, er det ene tårnet i betydelig kompresjon og det andre i spenning. Dette er en liten veibro, men ulike begrensninger gjør tekniske vanskeligheter større enn i noen mye større broer.

Noen viktige kommentarer – hele artikkelen er verdt å lese.

• Konstruksjonen av kabelstagbroen var teknisk veldig kompleks på grunn av den asymmetriske geometrien og veldig tett angitte toleranser. Brodekket har en radius på ca. 37 km, noe som høres veldig flatt ut, men resulterer i variasjoner i nivåer på grunn av krumning på 66 mm langs broens lengde. De 45,5 m store stolpene består av en 28 m seksjon av armert betong tilspisset fra 1,8 m diameter ved basen til 1,3 m diameter øverst, med en 5,5 m høy strukturell stålboks for å gi forankring for stagkablene og toppet med en 12 m gitter spir laget av rustfritt stål og glass. For ytterligere å komplisere forholdene, er begge mastene tilbøyelige i lengderetningen ved 15 grader og vinklet sammen ved 5 grader, og var ikke selvbærende.

• Det var veldig liten toleranse for å sikre at stagkablene var riktig justert mellom pylon og dekkforankringene. Vinkelrotasjonstoleransen på 0,25 grader som vanligvis er spesifisert for skråbroer krevde at posisjonstoleransen til stagforankringene var innenfor 3 mm. Med dette nøyaktighetsnivået var mye av konstruksjonsarbeidet og risikoreduksjonen fokusert på undersøkelsesintegritet og bevaring av konstruksjonstoleranser.

• Betongstolpene er vinklet i to retninger og gir et dynamisk element til broen. De er også plassert nærmere den vestlige distansen enn den østlige, noe som betyr at bakspennet er betydelig kortere enn forspennet. Denne asymmetrien genererer betydelig løfting på den vestlige distansen som motstås med dype spenningsbunker. li>

  Normal Drossbach-kanalering kunne ikke brukes som senekappe etter forskning viste at Drossbach kunne kollapse på omtrent 12 meter betonghode. 100NB ståltrykksrør ble brukt som et alternativ, som kunne takle de høye hy

• Sener ble samlet på bakken før de løftes og plasseres inne i pelene som allerede hadde forsterkning bur installert. Det tok en synkronisert innsats av 3 kraner ved bruk av 6 snavsblokker og en gravemaskin for å kunne løfte de 45 m lange, fleksible senene fra horisontal til vertikal uten å knekke senen, slik at de kunne senkes ned i pelehuset.

• Bunnsene passerer gjennom den vestlige distansen og slutter i dekket. Dette betydde at senene ikke kunne bli stresset og fuget før dekket hadde blitt hellet, noen 9 måneder senere. Som et midlertidig tiltak for å forhindre korrosjon av strengen, ble ** en natriumhydroksydoppløsning introdusert i bunnsene for å skape et beskyttende alkalimiljø. Regelmessig pH-testing ble brukt til å overvåke og opprettholde alkalinitet.

• Mens brospennet er kort på 70 m, var det effektive sideelevningsområdet for kablene av lignende størrelsesorden til en mye større skråkabelbro på grunn av den store dekkbredden og resulterte i kabelstenger av samme størrelse.

Gangbro med «skjeve tårn» kl. Brown Owl (hoo?) I New Zealand.

Plassering på Google maps

Kommentarer

• For det første: din forståelse av » et tårn er i spenning » er feil: begge tårnene er i kompresjon, en abutment er i spenning. For det andre: Jeg kan ‘ ikke se noen teknisk begrunnelse for designet – det ser ut som enda et eksempel der skjemaet ble plukket for estetikk (» en kabelstansbro med to pyloner i den ene enden ville se kul ut «), noe som resulterte i oppretting av ekstra tekniske utfordringer (distansen i spenning). For det tredje: Gud hjelp meg, men jeg ‘ ville elsket å jobbe med det; det ser kult ut! : D
• @AndyT (2) re » … Jeg kan ‘ t se noen teknisk begrunnelse for designet … » – > Faktisk – som jeg bemerket i første setning. dvs. vi er enige. (1) Abutment / tower – > Enig. Jeg visste at det føltes veldig galt, men jeg gikk (dumt) ikke tilbake til bildet, noe som gjør det åpenbart at begge tårnene MÅ være i spenning. Jeg var, tror jeg forvirrende distanse med tårn-fundament – som ikke er hva de mente. (3) Moro å leke med, ja, MEN det virker helt for smart etter min smak. Jeg ‘ er en EE med et stort overløp i » annet » – hvis det mislykkes i løpet av de neste tiårene ble jeg ‘ ikke overrasket. Forhåpentligvis ikke skjønt.
• @AndyT De sa at det var den første skråstagsbroen i NZ. Veibro kanskje – men denne gangbroen ved Brown Owl [:-)] har vært der i kanskje 20 år.

Jeg tror det er en fornuftig teknisk grunn ingen har påpekt ennå. På bildet i det originale spørsmålet ser det ut til at det sentrale spennet er lengre enn to ganger lengden på hvert ytre kabelstøttede spenn. Dette innebærer en større belastning fra hver halvdel av det sentrale spennet enn fra hvert ytre kabelstøttede spenn. Videre vil kablene fra strengt vertikale tårn måtte bli grunne for å nå større avstand til sentrum av det sentrale spennet, noe som ytterligere vil øke spenningen som er nødvendig for å bære den samme delvise vertikale belastningen.

Dette ville føre til ubalansert spenning på vertikale tårn og har en tendens til å trekke dem innover og forvride broen. Å ha tårnene lente utover – og / eller bli trukket utover av ekstra spenning i bakken – kan være en måte å imøtekomme ubalansen på (for eksempel i det asymmetriske eksemplet i svaret fra @RussellMcMahon), men det kan være at det nødvendige spenningsnivået blir upraktisk for den belastning og spennavstand som kreves, og gitt støttestrukturen på elveleiet for broen i spørsmålet. Uansett ser det ut til å kreve mer strukturell støtte – og dermed kostnad – å ha tårnene til å lene seg utover mot enda større spenning for å støtte en ytterligere rekkevidde til sentrum av det lange sentrale spennet. (Dette kan være grunnen til at konvensjonell visdom hadde problemer med å komme med en brukbar og rimelig design, hvis det var sant i dette tilfellet.)

I stedet ser det ut til at ved å ha tårnene vippende innover, er kablene i stand til for å opprettholde en mer balansert profil med mindre stress tilført designet bare for å balansere det. Toppen av tårnene er nær hvert midtpunkt mellom midten av det sentrale spennet og den ytre rekkevidden til hvert ytre kabelstøttede spenn, så kablene under størst spenning (og med den største horisontale komponenten) er de mest symmetriske … for å deretter holde sidekreftene på hvert tårn balansert. Det er mer som at bunnen av vertikale tårn rett og slett ble glidd lenger fra hverandre mens du holder toppene faste, noe som betyr at strukturen og utgiftene er mer som for et kortere sentralt spenn ved bruk av symmetriske kabler fra vertikale tårn i stedet for den akselererende utgiften lenger strukket avstand med konvensjonelle utførelser.

Den nøyaktige avstanden mellom kabelfestene på spennet er kanskje ikke nøyaktig den samme for det sentrale spennet og det ytre spennet, og kan variere litt over hvert spenn for å variere belastningen hver støtter når monteringspunktet på tårnet blir lenger fra sentrum mellom paret av partielle belastninger. Hvert trinnvis nærmere kabler kan deretter plasseres for å balansere sidespenningen ved tårnet og holde lasten på tårnet rettet langs kompresjonsstyrkeaksen. Ingeniørmatematikken for å trene de optimale plasseringene er utenfor meg.Det er mulig at kabellastavstanden likevel er jevn, det trenger ikke nødvendigvis å være med denne tilnærmingen.