Por que projetar uma ponte estaiada com postes inclinados em direção ao obstáculo sendo medido?

Por que construir postes inclinados para longe do obstáculo que está sendo vencido?

Além de ser esteticamente interessante, também pode ser estruturalmente eficiente. Pessoalmente, eu acho ve as muitas pontes de Calatrava usando este conceito, em particular a Puente del Alamillo . O pilão está, na verdade, totalmente em compressão sob carga morta: a tensão do cabo e o peso próprio do pilão se transformam em uma força diretamente abaixo do eixo do poste.

Por que construir postes que se inclinam para o obstáculo que está sendo ultrapassado?

Infelizmente, a resposta principal é a estética. “Arte” ocupando lugar de destaque, aumentando custos. Porque aqui temos o peso próprio do poste e a tensão do cabo agindo juntos, ambos dobrando o poste na mesma direção. Para neutralizar isso, você normalmente usará muito pré-esforço.

Ok, então posso ver que faria sentido para a engenharia se, devido às restrições do seu site, você tivesse um curto vão principal e backspans longos; porque então a força do cabo de extensão (agindo contra o peso próprio do pilão) poderia ser maior do que a força do cabo de extensão principal. Mas isso seria muito incomum e não é o caso na foto que você forneceu.

Uma nota sobre a construção de postes inclinados

Sua “estratégia usual”, na verdade, não é comum para pontes estaiadas maiores. Muito mais comum é construir uma seção do poste e uma seção do convés, unindo-as com um cabo e depois repetindo. Seguindo este método, a carga desequilibrada do peso próprio em um poste inclinado é muito reduzida.

Comentários

• Alguns realmente horríveis (com no que diz respeito ao senso de engenharia) coisas foram feitas no projeto da ponte em nome da ‘ arte ‘. Veja, por exemplo, sunderlandecho.com/news/business/… que esteve muito perto de ser construído antes o custo ficou tão astronômico que foi cancelado.
• @achrn – Um ótimo exemplo. Muitos outros para mencionar, infelizmente …
• É realmente ruim para o valor estético ou artístico de uma ponte às vezes compensar o custo extra envolvido na construção de um design menos eficiente? Contanto que o design seja seguro, por que não criar algo bonito e ao mesmo tempo funcional ao mesmo tempo?
• @KevinWells – Bem, vá a um site de engenharia e você ‘ terei uma resposta de um engenheiro! Os engenheiros tendem a ser práticos ao invés de artísticos … Certamente há casos em que um aumento no custo devido a elementos artísticos é aceitável; ver, por exemplo a Puente del Alamillo que mencionei; teria sido mais econômico construir uma ponte mais simples, mas estou aceitando os elementos artísticos, pois eles têm função estrutural.Quando os elementos artísticos são anti-estruturais, estou (com meu chapéu de engenharia) morto contra eles.

Como diz AndyT – parece que é estética na maioria dos casos.

Dada a resposta acima, o que se segue é essencialmente um comentário, mas parecia valer a pena postar, pois fornece muitos detalhes do que acontece um projeto e como há problemas que não são aparentes para “estranhos”, mas que podem ser importantes. Por exemplo, neste exemplo, o vão é ligeiramente curvo, resultando em uma deflexão de 66 mm na estrada (menos de 3 polegadas), mas causou dificuldade extra . E o esforço necessário para construir esta ponte e as tolerâncias estreitas não são de todo óbvios pela inspeção.

Isso pareceu valer a pena, pois embora a pergunta original indagasse apenas sobre as torres em ângulo, isso mostra quantos outros fatores invisíveis podem afetam o design.

PONTE ESTACIONADA DO CABO DA ESTRADA ORMISTON
Este artigo fornece uma visão geral dos desafios de construção encontrados durante a construção da ponte estaiada da Ormiston Road, uma ponte estaiada de aço e concreto construída no Sir Barry Curtis Park, em Manukau City, Auckland.

Se bem entendi a descrição, uma torre está em compressão considerável e a outra em tensão. Esta é uma pequena ponte rodoviária, mas várias restrições tornam as dificuldades técnicas maiores do que em algumas pontes muito maiores.

Alguns comentários importantes – vale a pena ler o artigo inteiro.

• A construção da ponte estaiada era tecnicamente muito complexa devido à geometria assimétrica e muito apertada tolerâncias especificadas. O tabuleiro da ponte tem um raio de aproximadamente 37 km, o que parece muito plano, mas resulta em variações nos níveis devido à curvatura de 66 mm ao longo do comprimento da ponte. Os postes de 45,5 m são constituídos por uma seção de 28 m de concreto armado cônico de 1,8 m de diâmetro na base a 1,3 m de diâmetro no topo, com uma caixa de aço estrutural de 5,5 m de altura para fornecer ancoragem para os cabos de suporte e encimados com uma caixa de 12 m pináculo de treliça de aço inoxidável e vidro. Para complicar ainda mais as coisas, ambos os postes são inclinados para trás longitudinalmente em 15 graus e angulados juntos em 5 graus e não eram autossuficientes.

• Havia muito pouca tolerância em garantir que os cabos de suporte fossem alinhado corretamente entre o pilão e as fixações do convés. A tolerância angular de rotação de 0,25 graus comumente especificada para pontes estaiadas exigia que a tolerância posicional das ancoragens de suporte fosse de 3 mm. Com este nível de precisão, muito do esforço de construção e mitigação de risco foi focado na integridade do levantamento e na conservação das tolerâncias de construção.

• Os postes de concreto são angulados em duas direções, fornecendo um elemento dinâmico para a ponte. Eles também estão posicionados mais perto do pilar oeste do que do leste, o que significa que o vão posterior é consideravelmente mais curto do que o vão anterior. Esta assimetria gera elevação considerável no pilar ocidental, que é resistida com estacas de tensão profundas.

s dutos normais de Drossbach não puderam ser usados como revestimento do tendão depois que a pesquisa mostrou que Drossbach poderia colapsar em cerca de 12 m de altura de concreto. O tubo de pressão de aço 100NB foi usado como alternativa, que poderia lidar com a alta hy

• Os tendões foram montados no solo antes do levantamento e colocação dentro das estacas que já tinham o reforço gaiola instalada. Foi necessário um esforço sincronizado de 3 guindastes usando 6 blocos de arrebentamento e uma escavadeira para levantar com sucesso os tendões flexíveis de 45 m de comprimento da horizontal para a vertical, sem dobrar o tendão, de modo que eles pudessem ser baixados para o revestimento da estaca.

• Os tendões da estaca passam pelo encontro ocidental e terminam no convés. Isso significava que os tendões não podiam ser tensionados e rejuntados até que o convés fosse derramado, cerca de 9 meses depois. Como medida temporária para evitar a corrosão do fio, ** uma solução de hidróxido de sódio foi introduzida nos tendões da pilha para criar um ambiente alcalino protetor. Testes regulares de pH foram usados para monitorar e manter a alcalinidade.

• Embora o vão da ponte seja curto em 70 m, a área de carga tributária efetiva para os cabos era semelhante magnitude para uma ponte estaiada muito maior por causa da grande largura do deck e resultou em estaias de cabos de tamanho semelhante.

Passarela com “torre inclinada” em Brown Owl (hoo?) Na Nova Zelândia.

Localização no Google Maps

Comentários

• Em primeiro lugar: seu entendimento sobre ” uma torre em tensão ” está incorreto: ambas as torres estão em compressão, um abutment está em tensão. Em segundo lugar: não consigo ‘ ver qualquer justificativa de engenharia para o projeto – parece mais um exemplo em que a forma foi escolhida para a estética (” uma ponte estaiada com dois postes em uma extremidade ficaria bem “), o que resultou na criação de extra desafios de engenharia (o pilar em tensão). Terceiro: Deus me ajude, mas eu ‘ adoraria trabalhar nisso; Isso parece legal! : D
• @AndyT (2) re ” … Não consigo ‘ não ver nenhuma justificativa de engenharia para o design … ” – > Certamente – como observei na primeira frase. ou seja, nós concordamos. (1) Abutment / torre – > Concordo. Eu sabia que parecia muito errado, mas (estupidamente) não voltei para a foto, o que torna óbvio que ambas as torres DEVEM estar em tensão. Eu estava confundindo abutment com base da torre – o que não é o que eles queriam dizer. (3) Divertido para brincar, sim, MAS parece muito inteligente para o meu gosto. Eu ‘ sou um EE com um estouro maior para ” outro ” – se falhar nas próximas décadas, ‘ não ficaria surpreso. Espero que não.
• @AndyT Eles disseram que foi a primeira ponte estaiada na Nova Zelândia. Ponte rodoviária, talvez – mas esta ponte pedonal em Brown Owl [:-)] existe há cerca de 20 anos.

Acredito que haja uma razão sensata de engenharia que ninguém apontou ainda. Na imagem da pergunta original, o vão central parece ser ligeiramente maior do que o dobro do comprimento de cada vão externo suportado por cabo. Isso implica uma carga maior de cada metade do vão central do que de cada vão suportado por cabo externo. Além disso, os cabos de torres estritamente verticais teriam que se tornar mais rasos para alcançar a maior distância ao centro do vão central, o que aumentaria ainda mais a tensão necessária para suportar a mesma carga vertical parcial.

Isso faria resultam em tensão desequilibrada nas torres verticais e tendem a puxá-las para dentro e distorcer a ponte. Ter as torres inclinadas para fora – e / ou puxadas para fora por tensão adicional no suporte do solo – pode ser uma maneira de acomodar o desequilíbrio (como no exemplo assimétrico na resposta de @RussellMcMahon), mas pode ser que o nível de tensão exigido torna-se impraticável para a carga e distância do vão exigida e dada a estrutura de suporte no leito do rio para a ponte em questão. Em qualquer caso, certamente pareceria exigir mais apoio estrutural – e, portanto, despesas – para que as torres se inclinassem para fora contra uma tensão ainda maior para suportar um alcance ainda maior até o centro do longo vão central. (Pode ser por isso que a sabedoria convencional estava tendo problemas para criar um design viável e acessível, se isso fosse verdade neste caso.)

Em vez disso, parece que, tendo as torres inclinadas para dentro, os cabos são capazes de para manter um perfil mais equilibrado com menos estresse sendo adicionado ao design apenas para equilibrá-lo. Os topos das torres estão próximos a cada ponto médio entre o centro do vão central e o alcance externo de cada vão externo suportado por cabos, de modo que os cabos sob a maior tensão (e tendo o maior componente horizontal) são os mais simétricos … para então manter as forças laterais em cada torre equilibradas. É mais como se a base das torres verticais fossem simplesmente afastadas, mantendo os topos fixos, o que significa que a estrutura e as despesas são mais parecidas com as de um vão central mais curto, usando cabos simétricos de torres verticais, em vez da despesa acelerada para as mais longas distância percorrida com projetos convencionais.

A distância exata entre as montagens de cabo no vão pode não ser exatamente a mesma para o vão central e os vãos externos, e pode variar ligeiramente em cada vão para variar ligeiramente a carga que cada um suporta conforme o ponto de montagem na torre se afasta do centro entre o par de cargas parciais. Cada par de cabos incrementalmente mais próximo pode então ser colocado de modo a equilibrar a tensão lateral na torre e manter a carga na torre direcionada ao longo de seu eixo de resistência à compressão. A matemática de engenharia para calcular os posicionamentos ideais está além de mim.Afinal, é possível que o espaçamento da carga do cabo seja uniforme; não precisa necessariamente ser com esta abordagem.