De ce să proiectăm un pod fixat pe cablu cu stâlpi înclinați către obstacolul care se întinde?

De ce să construim piloni înclinați departe de obstacolul care se întinde?

Pe lângă faptul că este interesant din punct de vedere estetic, acest lucru poate fi, de asemenea, eficient din punct de vedere structural. Am văzut numeroasele poduri de Calatrava folosind acest concept, în special Puente del Alamillo . Pilonul este de fapt complet comprimat sub sarcină moartă: tensiunea cablului și greutatea proprie a pilonului se transformă într-o forță direct pe axa pilonului.

De ce să construim piloni înclinați spre obstacolul care se întinde?

Din păcate, răspunsul principal este estetica. „Arta” ocupă locul principal, crescând costurile. Pentru că aici avem greutatea proprie a stâlpului și tensiunea cablului care acționează împreună, ambele îndoind pilonul în aceeași direcție. Pentru a contracara acest lucru, veți folosi, de obicei, o mulțime de pretensionări.

Ok, așa că pot vedea că ar putea avea sens tehnic dacă, din cauza constrângerilor site-ului dvs., ați avut o scurtă întindere principală și întinderi lungi; deoarece atunci forța cablului de întindere (acționând împotriva greutății automate a pilonului) ar putea fi mai mare decât forța cablului de întindere principală. Dar acest lucru ar fi foarte neobișnuit și nu este cazul din imaginea pe care ați furnizat-o.

O notă despre construcția stâlpilor înclinați

„Strategia dvs. obișnuită” nu este, de fapt, obișnuită pentru podurile mai mari cu cablu. Mult mai frecvent este construirea unei secțiuni a pilonului și a unei secțiuni a punții, îmbinarea lor cu un cablu și apoi repetarea. Urmând această metodă, sarcina de echilibru a greutății proprii pe un pilon înclinat este mult redusă.

Comentarii

• Unele cu adevărat îngrozitoare (cu în ceea ce privește sensul ingineresc) s-au făcut lucruri în proiectarea podurilor în numele ‘ art ‘. A se vedea, de exemplu, sunderlandecho.com/news/business/… , care a ajuns foarte aproape de a fi construit înainte costul a devenit atât de astronomic încât a fost anulat.
• @achrn – Un exemplu excelent. Prea multe alte persoane de menționat, din păcate …
• Este chiar rău ca valoarea estetică sau artistică a unui pod să depășească uneori costul suplimentar implicat în construirea unui design mai puțin eficient? Atâta timp cât designul este sigur atunci de ce să nu creezi ceva frumos în timp ce creezi ceva funcțional în același timp?
• @KevinWells – Ei bine, vino la un site de inginerie și tu ‘ Voi primi un răspuns de la un inginer! Inginerii tind să fie mai degrabă practici decât artistici … Există cu siguranță cazuri în care este acceptabilă o creștere a costurilor datorită elementelor artistice; vezi de ex. Puente del Alamillo pe care l-am menționat; ar fi fost mai eficient din punct de vedere al costurilor să construim un pod mai simplu, dar accept elementele artistice întrucât au funcție structurală.Când elementele artistice sunt anti-structurale, sunt (cu pălăria mea de inginerie pusă) mort împotriva lor.

După cum spune AndyT – se pare că, în majoritatea cazurilor, este „estetica”.

Având în vedere cele de mai sus ca răspuns, următorul este în esență un comentariu, dar părea că merită postat, deoarece oferă multe detalii despre ceea ce intră în un design și modul în care există probleme care nu sunt evidente „celor din afară”, dar care pot fi importante. Și efortul necesar pentru a construi acest pod și toleranțele strânse nu sunt deloc evidente din inspecție.

Acest lucru părea util, în timp ce întrebarea inițială pune doar despre turnurile înclinate, aceasta arată câți alți factori nevăzuti pot afectează designul.

ORMISTON ROAD CABLE STAYED BRIDGE
Această lucrare oferă o privire de ansamblu asupra provocărilor de construcție selectate întâmpinate în timpul construirii podului suspendat cu cablu Ormiston Road, un pod iconic cu suport din cablu din oțel și beton construit în Parcul Sir Barry Curtis, orașul Manukau, Auckland.

Dacă înțeleg corect descrierea, un turn este într-o compresie considerabilă, iar celălalt în tensiune. Acesta este un pod rutier mic, dar diferite constrângeri fac dificultățile tehnice mai mari decât în unele poduri mult mai mari.

Câteva comentarii cheie – întreaga lucrare merită citită.

• Construcția podului de fixare a cablului a fost din punct de vedere tehnic foarte complexă datorită geometriei asimetrice și foarte strânsă toleranțe specificate. Puntea podului este pe o rază de aproximativ 37 km, ceea ce sună foarte plat, dar are ca rezultat variații ale nivelurilor datorită curburii de 66 mm de-a lungul lungimii podului. Stâlpii de 45,5 m sunt compuși dintr-o secțiune de 28 m din beton armat conic de la 1,8 m diametru la bază până la 1,3 m diametru în partea superioară, cu o cutie de oțel structural de 5,5 m înălțime pentru a oferi ancorarea cablurilor de fixare și acoperită cu un 12 m turnul de zăbrele din oțel inoxidabil și sticlă. Pentru a complica și mai mult lucrurile, ambii stâlpi sunt înclinați înapoi longitudinal la 15 grade și înclinați împreună la 5 grade și nu erau autoportanți.

• A existat o toleranță foarte mică în asigurarea cablurilor de fixare aliniate corect între pilon și ancorajele punții. Toleranța de rotație unghiulară de 0,25 grade specificată în mod obișnuit pentru podurile suspendate prin cablu a impus ca toleranța pozițională a ancorajelor de fixare să fie de 3 mm. Cu acest nivel de precizie, o mare parte din efortul de construcție și reducerea riscurilor s-au concentrat pe integritatea sondajului și pe conservarea toleranțelor la construcție.

• Pilonii din beton sunt înclinați în două direcții, oferind un element dinamic podului. De asemenea, acestea sunt poziționate mai aproape de bontul vestic decât de est, ceea ce înseamnă că întinderea din spate este considerabil mai scurtă decât cea din față. Această asimetrie generează o ridicare considerabilă pe bontul vestic, care este rezistat cu grămezi de tensiune profundă.

• Conducta normală Drossbach nu a putut fi utilizată deoarece învelișul tendonului după ce cercetările au arătat că Drossbach s-ar putea prăbuși la aproximativ 12 m cap de beton. Ca alternativă a fost utilizată o țeavă de presiune din oțel de 100NB, care ar putea face față hip-ului ridicat

• Tendoanele au fost asamblate pe sol înainte de ridicare și plasare în interiorul piloților care aveau deja armătura colivie instalată. A fost nevoie de un efort sincronizat de 3 macarale folosind 6 blocuri de prindere și un excavator pentru a ridica cu succes tendoanele flexibile de 45 m lungime de la orizontală la verticală, fără a îndoaie tendonul, astfel încât acestea să poată fi coborâte în carcasa piloților. / li>

• Tendoanele grămezii trec prin bontul vestic și se termină în punte. Acest lucru a însemnat că tendoanele nu au putut fi stresate și lipite până la turnarea punții, aproximativ 9 luni mai târziu. Ca măsură temporară de prevenire a coroziunii firului, ** a fost introdusă o soluție de hidroxid de sodiu în tendoanele grămezii pentru a crea un mediu alcalin de protecție. Testarea regulată a pH-ului a fost utilizată pentru a monitoriza și menține alcalinitatea.

• În timp ce întinderea podului este scurtă la 70 m, suprafața efectivă de încărcare tributară a cablurilor a fost similară magnitudinea până la un pod mult mai mare a cablului, din cauza lățimii mari a punții și a dus la un cablu de dimensiuni similare.

Pasarel cu „turn înclinat” la Brown Owl (hoo?) În Noua Zeelandă.

Locație pe hărți Google

Comentarii

• În primul rând: înțelegerea dvs. despre ” un turn aflat în tensiune ” este incorectă: ambele turnuri sunt în compresie, un bont este în tensiune. În al doilea rând: nu pot ‘ să văd nicio justificare tehnică pentru proiectare – pare un alt exemplu în care formularul a fost ales pentru estetică (” un pod fixat prin cablu cu doi stâlpi la un capăt ar arăta grozav „), ceea ce a dus la crearea a extra provocări inginerești (bontul în tensiune). În al treilea rând: Dumnezeu să mă ajute, dar mi-a plăcut ‘ să lucrez la asta; arata tare! : D
• @AndyT (2) re ” … Nu pot ‘ să văd nicio justificare tehnică pentru designul … ” – > Într-adevăr – așa cum am menționat în prima teză. adică suntem de acord. (1) Stâlp / turn – > De acord. Știam că mi se părea foarte greșit, dar (prost) nu m-am întors la imagine, ceea ce face evident că ambele turnuri TREBUIE să fie în tensiune. Cred că confundam bontul cu fundația turnului – ceea ce nu înseamnă asta. (3) Amuzant cu care să mă joc, da, DAR mi se pare prea inteligent pentru placerea mea. Eu ‘ sunt un EE cu o prea mare deversare în ” alt ” – dacă eșuează în următoarele câteva decenii, nu ‘ nu mă voi mira. Sperăm că nu.
• @AndyT Au spus că a fost primul pod cu cablu din Noua Zeelandă. Poate că podul rutier – dar această pasarelă la Brown Owl [:-)] este acolo de poate 20 de ani.

Cred că există un motiv sensibil de inginerie pe care nimeni nu l-a subliniat încă. În imaginea din întrebarea inițială, distanța centrală pare a fi puțin mai lungă decât lungimea de două ori a fiecărei distanțe externe suportate de cablu. Acest lucru implică o sarcină mai mare din fiecare jumătate a intervalului central decât din fiecare span extern susținut de cablu. În plus, cablurile de la turnuri strict verticale ar trebui să devină mai puțin adânci pentru a ajunge la distanța mai mare până la centrul intervalului central, ceea ce ar crește și mai mult tensiunea necesară pentru a susține aceeași sarcină verticală parțială.

rezultă tensiune dezechilibrată pe turnurile verticale și tind să le tragă spre interior și să distorsioneze podul. A avea turnurile înclinate spre exterior – și / sau să fie trase spre exterior prin tensiune suplimentară în suportul de la sol – poate fi o modalitate de acomodare a dezechilibrului (cum ar fi în exemplul asimetric din răspunsul lui @RussellMcMahon), dar poate nivelul de tensiune necesar devine impracticabil pentru sarcina și distanța de întindere necesară și având în vedere structura de susținere de pe albia râului pentru podul în cauză. În orice caz, s-ar părea cu siguranță că ar necesita mai mult sprijin structural – și, prin urmare, cheltuială – ca turnurile să se aplice spre tensiune și mai mare pentru a susține o atingere și mai mare până la centrul lungimii centrale. (Acesta poate fi motivul pentru care înțelepciunea convențională întâmpina probleme cu elaborarea unui design funcțional și accesibil, dacă acest lucru era adevărat în acest caz.)

În schimb, se pare că, având turnurile înclinate spre interior, cablurile sunt capabile pentru a menține un profil mai echilibrat, cu mai puțin stres adăugat la design doar pentru a-l echilibra. Vârfurile turnurilor se află în apropierea fiecărui punct de mijloc dintre centrul deschiderii centrale și întinderea exterioară a fiecărei deschideri externe susținute de cabluri, astfel încât cablurile sub cea mai mare tensiune (și având cea mai mare componentă orizontală) sunt cele mai simetrice … pentru a menține apoi forțele laterale de pe fiecare turn echilibrate. Mai degrabă ca baza turnurilor verticale a fost pur și simplu alunecată mai departe, păstrând în același timp vârfurile fixe, ceea ce înseamnă că structura și cheltuielile sunt mai asemănătoare cu cele pentru un interval central mai scurt, folosind cabluri simetrice de la turnuri verticale, mai degrabă decât cheltuiala accelerată pentru mai distanța de întindere cu design-urile convenționale.

Distanța exactă dintre suporturile de cablu de pe distanță poate să nu fie exact aceeași pentru distanța centrală și distanța exterioară și poate varia ușor pe fiecare distanță pentru a varia ușor sarcina pe care o susține fiecare. pe măsură ce punctul de montare al turnului se îndepărtează de centru între perechea de sarcini parțiale. Fiecare pereche de cabluri mai apropiate incremental poate fi așezată astfel încât să echilibreze tensiunea laterală a turnului și să mențină sarcina turnului îndreptată de-a lungul axa forței de compresie. Matematica inginerească pentru a stabili plasările optime este dincolo de mine.Este posibil ca distanța de încărcare a cablurilor să fie uniformă, la urma urmei; nu trebuie neapărat să fie cu această abordare.