Waarom een tuibrug ontwerpen met pylonen die naar het te overspannen obstakel neigen?

Waarom pylonen bouwen die van het obstakel afhellen dat wordt overbrugd?

Dit is niet alleen esthetisch interessant, maar kan ook structureel efficiënt zijn. Persoonlijk zie ik ve de vele bruggen van Calatrava die dit concept gebruiken, in het bijzonder de Puente del Alamillo . De pyloon is eigenlijk volledig in compressie onder dode belasting: de kabelspanning en het eigen gewicht van de pyloon lossen op in een kracht direct langs de as van de pyloon.

Waarom pylonen bouwen die neigen naar het obstakel dat wordt overbrugd?

Helaas is het belangrijkste antwoord esthetiek. “Kunst” neemt een prominente plaats in, waardoor de kosten stijgen. Omdat hier het eigen gewicht van de mast en de kabelspanning samen werken, beide buigen de mast in dezelfde richting. Om dit tegen te gaan, zult u doorgaans veel voorspanning gebruiken.

Ok, dus ik kan zien dat het technisch zinvol zou kunnen zijn als u, vanwege uw sitebeperkingen, een korte hoofdoverspanning en lange backspans; omdat dan de kracht van de backspan-kabel (die werkt tegen het eigen gewicht van de mast) groter zou kunnen zijn dan de kracht van de hoofdspanwijdte. Maar dat zou zeer ongebruikelijk zijn en is niet het geval op de afbeelding die u heeft verstrekt.

Een opmerking over de constructie van hellende pylonen

Uw “gebruikelijke strategie” is in feite niet gebruikelijk voor grotere tuibruggen. Veel gebruikelijker is het bouwen van een deel van de mast en een deel van het dek, ze met een kabel verbinden en dan herhalen. Door deze methode te volgen, wordt de onbalans van het eigen gewicht op een hellende mast veel verminderd.

Opmerkingen

• Sommige echt verschrikkelijk (met met betrekking tot technische zin) zijn er dingen gedaan in brugontwerp in de naam van ‘ art ‘. Zie bijvoorbeeld sunderlandecho.com/news/business/… die bijna een eerdere de kosten werden zo astronomisch dat het werd geannuleerd.
• @achrn – Een goed voorbeeld. Helaas te veel anderen om op te noemen …
• Is het echt slecht voor de esthetische of artistieke waarde van een brug om soms op te wegen tegen de extra kosten die gemoeid zijn met het bouwen van een minder efficiënt ontwerp? Zolang het ontwerp veilig is, waarom zou je dan niet iets moois creëren terwijl je tegelijkertijd iets functioneels maakt?
• @KevinWells – Nou, kom naar een technische site en je ‘ Ik krijg antwoord van een ingenieur! Ingenieurs zijn eerder praktisch dan artistiek … Er zijn zeker gevallen waarin een stijging van de kosten als gevolg van artistieke elementen acceptabel is; zie b.v. de Puente del Alamillo die ik noemde; het zou kosteneffectiever zijn geweest om een eenvoudigere brug te bouwen, maar ik accepteer de artistieke elementen omdat ze een structurele functie hebben.Als artistieke elementen anti-structureel zijn, ben ik er (met mijn technische hoed op) dood tegen.

Zoals AndyT zegt – het lijkt in de meeste gevallen esthetiek te zijn.

Gezien het bovenstaande als antwoord, is het volgende in wezen commentaar, maar het leek de moeite waard om te posten, omdat het veel details geeft van wat er in een ontwerp en hoe er zaken zijn die niet duidelijk zijn voor “buitenstaanders” maar die belangrijk kunnen zijn. bijv. in dit voorbeeld is de overspanning heel licht gebogen wat resulteert in een 66 mm doorbuiging in de rijbaan (minder dan 3 inch) maar het veroorzaakte extra moeilijkheden . En de inspanning die nodig is om deze brug te bouwen en de nauwe toleranties zijn helemaal niet duidelijk bij inspectie.

Dit leek de moeite waard, want hoewel de oorspronkelijke vraag alleen naar de schuine torens gaat, laat dit zien hoeveel andere onzichtbare factoren kunnen invloed op het ontwerp.

ORMISTON WEGKABEL BLIJF BRUG
Dit artikel geeft een overzicht van geselecteerde bouwuitdagingen die zich voordoen tijdens de bouw van de Ormiston Road-tuibrug, een iconische tuibrug van composiet staal en beton, gebouwd in het Sir Barry Curtis Park, Manukau City, Auckland.

Als ik de beschrijving goed begrijp, staat de ene toren in aanzienlijke mate onder druk en de andere onder spanning. Dit is een kleine verkeersbrug, maar verschillende beperkingen maken technische moeilijkheden groter dan bij sommige veel grotere bruggen.

Enkele belangrijke opmerkingen – het hele artikel is het lezen waard.

• De constructie van de tuibrug was technisch zeer complex vanwege de asymmetrische geometrie en zeer strak toleranties gespecificeerd. Het brugdek bevindt zich op een straal van ongeveer 37 km, wat erg vlak klinkt maar resulteert in niveauverschillen als gevolg van een kromming van 66 mm over de lengte van de brug. De pylonen van 45,5 m zijn opgebouwd uit een sectie van 28 m van gewapend beton die taps toeloopt van 1,8 m diameter aan de basis tot 1,3 m diameter bovenaan, met een 5,5 m hoge stalen kist als verankering voor de steunkabels en afgedekt met een 12 m traliespits van roestvrij staal en glas. Om de zaken nog ingewikkelder te maken, zijn beide pylonen in lengterichting onder een hoek van 15 graden en onder een hoek van 5 graden naar achteren gekanteld en waren ze niet zelfdragend.

• Er was heel weinig tolerantie om ervoor te zorgen dat de steunkabels waren correct uitgelijnd tussen de mast en de dekverankeringen. De hoekverdraaiingstolerantie van 0,25 graden die gewoonlijk wordt gespecificeerd voor tuibruggen vereist dat de positietolerantie van de steunverankeringen binnen 3 mm ligt. Met dit nauwkeurigheidsniveau was veel van de bouwinspanning en risicobeperking gericht op de integriteit van het onderzoek en het behoud van bouwtoleranties.

• De betonnen pylonen staan onder een hoek in twee richtingen en vormen een dynamisch element voor de brug. Ze zijn ook dichter bij het westelijke landhoofd geplaatst dan het oostelijke, wat betekent dat de rugspanwijdte aanzienlijk korter is dan de vooroverspanning. Deze asymmetrie genereert een aanzienlijke stijging van het westelijke landhoofd, dat wordt weerstaan met diepe trekpalen.

• Normale Drossbach-leidingen konden niet worden gebruikt als de peesmantel, nadat onderzoek had aangetoond dat Drossbach kon instorten bij ongeveer 12 meter betonhoogte. Als alternatief werd een 100NB stalen drukleiding gebruikt, die bestand was tegen de hoge druk

• Pezen werden op de grond gemonteerd voordat ze werden gehesen en in de palen werden geplaatst die al de versteviging hadden kooi geïnstalleerd. Het kostte een gesynchroniseerde inspanning van 3 kranen met 6 grijpblokken en een graafmachine om de 45 m lange flexibele kabels met succes van horizontaal naar verticaal te tillen, zonder de kabel te knikken, zodat ze in de paalomhulling konden worden neergelaten.

• De paalpezen gaan door het westelijke landhoofd en eindigen in het dek. Dit betekende dat de pezen niet konden worden belast en gevoegd totdat het dek was gestort, zon 9 maanden later. Als tijdelijke maatregel om corrosie van de streng te voorkomen, ** werd een natriumhydroxide-oplossing op de pezen van de pool aangebracht om een beschermende alkalische omgeving te creëren. Regelmatige pH-testen werden gebruikt om de alkaliteit te bewaken en te behouden.

• Hoewel de brugoverspanning met 70 m kort is, was het effectieve zijrivale laadgebied voor de kabels vergelijkbaar magnitude tot een veel grotere tuibrug vanwege de grote dekbreedte en resulteerde in kabelsteunen van vergelijkbare grootte.

Voetgangersbrug met “scheve toren” op Brown Owl (hoo?) In Nieuw-Zeeland.

Locatie op Google maps

Reacties

• Ten eerste: uw begrip van ” een toren die onder spanning staat ” is onjuist: beide torens staan onder druk, één abutment staat onder spanning. Ten tweede: ik kan ‘ geen technische rechtvaardiging voor het ontwerp zien – het ziet eruit als weer een ander voorbeeld waarin de vorm is gekozen voor esthetiek (” een tuibrug met twee pylonen aan het ene uiteinde zou er cool uitzien “), wat resulteerde in de creatie van extra technische uitdagingen (het abutment in spanning). Ten derde: god help me, maar ik ‘ had er graag aan gewerkt; het ziet er cool uit! : D
• @AndyT (2) re ” … ik kan ‘ geen technische rechtvaardiging zien voor het ontwerp … ” – > Inderdaad – zoals ik al zei in de eerste zin. dwz we zijn het eens. (1) Abutment / tower – > Mee eens. Ik wist dat dat heel erg verkeerd voelde, maar ik ging (stom) niet terug naar de foto, wat het duidelijk maakt dat beide torens onder spanning MOETEN staan. Ik dacht dat ik abutment verwisselde met torenfundament – en dat is niet wat ze bedoelden. (3) Leuk om mee te spelen, ja, MAAR het lijkt me veel te slim. Ik ‘ m een EE met een vrij grote overloop naar ” other ” – als het niet lukt in de komende decennia zou ik ‘ niet verrast zijn. Maar hopelijk niet.
• @AndyT Ze zeiden dat het de eerste tuibrug in NZ was. Wegbrug misschien – maar deze voetgangersbrug bij Brown Owl [:-)] staat er misschien al 20 jaar.

Ik geloof dat er een verstandige technische reden is die nog niemand heeft genoemd. Op de afbeelding in de oorspronkelijke vraag lijkt de centrale overspanning iets langer te zijn dan tweemaal de lengte van elke door een kabel ondersteunde overspanning. Dit impliceert een grotere belasting van elke helft van de centrale overspanning dan van elke buitenste kabelondersteunde overspanning. Bovendien zouden de kabels van strikt verticale torens ondieper moeten worden om de grotere afstand tot het midden van de centrale overspanning te bereiken, waardoor de spanning die nodig is om dezelfde verticale gedeeltelijke belasting te ondersteunen verder zou toenemen.

Dat zou resulteren in onevenwichtige spanning op verticale torens en hebben de neiging ze naar binnen te trekken en de brug te vervormen. De torens naar buiten laten leunen – en / of naar buiten worden getrokken door extra spanning in de grondsteun – kan een manier zijn om de onbalans op te vangen (zoals in het asymmetrische voorbeeld in het antwoord van @RussellMcMahon), maar het kan zijn dat het vereiste spanningsniveau wordt onpraktisch voor de vereiste belasting en overspanning en gezien de ondersteunende constructie op de rivierbedding voor de brug in de vraag. In elk geval lijkt het zeker meer structurele ondersteuning – en dus kosten – te vereisen om de torens tegen nog grotere spanning naar buiten te laten leunen om een nog verder bereik naar het midden van de lange centrale overspanning te ondersteunen. (Dit is misschien de reden waarom conventionele wijsheid moeite had met het bedenken van een werkbaar en betaalbaar ontwerp, als dat in dit geval waar was.)

In plaats daarvan lijkt het erop dat door de torens naar binnen te laten kantelen, de kabels in staat zijn om een meer uitgebalanceerd profiel te behouden met minder spanning die aan het ontwerp wordt toegevoegd om het in evenwicht te brengen. De toppen van de torens bevinden zich nabij elk middelpunt tussen het midden van de centrale overspanning en het buitenbereik van elke door een kabel ondersteunde overspanning, dus de kabels onder de grootste spanning (en met de grootste horizontale component) zijn het meest symmetrisch … om vervolgens de laterale krachten op elke toren in evenwicht te houden. Het is meer alsof de basis van verticale torens gewoon verder uit elkaar werd geschoven terwijl de toppen gefixeerd bleven, wat betekent dat de structuur en de kosten meer lijken op die voor een kortere centrale overspanning met symmetrische kabels van verticale torens in plaats van de versnellende kosten voor de langere overspannen afstand met conventionele ontwerpen.

De exacte afstand tussen kabelbevestigingen op de overspanning is mogelijk niet precies hetzelfde voor de centrale overspanning en de buitenste overspanningen, en kan enigszins variëren over elke overspanning om de belasting die elke overspanning enigszins te variëren enigszins te variëren naarmate het montagepunt op de toren verder van het midden komt tussen het paar deelladingen. Elk stapsgewijs dichter paar kabels kan dan worden geplaatst om de laterale spanning op de toren te compenseren en de last op de toren gericht langs de toren te houden. as van compressiesterkte De technische wiskunde om de optimale plaatsingen uit te werken, gaat mij te boven.Het is mogelijk dat de afstand tussen de kabelbelasting toch uniform is; het hoeft gewoon niet zo te zijn met deze aanpak.