Varför utforma en kabelbrygga med stolpar lutade mot hindret som spänns?

Varför bygga pyloner som lutar bort från hindret som spändes?

Förutom att vara estetiskt intressant kan det också vara strukturellt effektivt. ve de många broarna av Calatrava med hjälp av detta koncept, särskilt Puente del Alamillo . Pylon är faktiskt helt i kompression under död belastning: kabelspänningen och pylonens egenvikt löses upp i en kraft direkt nedför pylonens axel.

Varför bygga pyloner som lutar mot hindret som spänns?

Tyvärr är huvudsvaret estetik. ”Konst” är stolt över sin plats, ökar kostnaderna. För här har vi pylonens egenvikt och kabelspänningen som verkar tillsammans, båda böjer pylon i samma riktning. För att motverka detta kommer du vanligtvis att använda mycket förspänning.

Okej, så jag kan se att det kan vara tekniskt meningsfullt om du på grund av din webbplats begränsningar hade en kort huvudspännvidd och långa backspans; för då kan bakspänningskabelkraften (som verkar mot pylonens egenvikt) vara större än huvudspänningskabelkraften. Men det skulle vara väldigt ovanligt och är inte fallet i bilden du har angett.

En anmärkning om konstruktion av lutande pyloner

Din ”vanliga strategi” är faktiskt inte vanligt för större kabelbryggor. Mycket vanligare är att bygga en del av pylon och en del av däcket, förena dem med en kabel och sedan upprepa. Genom att följa den här metoden minskar viktvikten för självvikten på en lutande pylon mycket.

Kommentarer

• Några riktigt hemska (med med avseende på teknisk mening) saker har gjorts i bryggdesign i namnet ’ art ’. Se till exempel sunderlandecho.com/news/business/… som kom mycket nära att byggas en tidigare kostnaden blev så astronomisk att den avbröts.
• @achrn – Ett bra exempel. För många andra att nämna, tyvärr …
• Är det verkligen dåligt för det estetiska eller konstnärliga värdet av en bro att ibland uppväga de extra kostnaderna för att bygga en mindre effektiv design? Så länge som designen är säker, varför inte skapa något av skönhet samtidigt som du skapar något funktionellt samtidigt?
• @KevinWells – Nåväl, kom till en ingenjörssida och du ’ Jag får svar från en ingenjör! Ingenjörer tenderar att vara praktiska snarare än konstnärliga … Det finns verkligen fall där en ökning av kostnaden på grund av konstnärliga inslag är acceptabel; se t.ex. Puente del Alamillo som jag nämnde; det hade varit mer kostnadseffektivt att bygga en enklare bro, men jag accepterar de konstnärliga elementen eftersom de har strukturell funktion.När konstnärliga element är anti-strukturella är jag (med min tekniska hatt på) död mot dem.

Som AndyT säger – det verkar som om det är estetik i de flesta fall.

Med tanke på ovanstående som svar är följande i huvudsak kommentarer, men verkade värt att publiceras eftersom det ger mycket detaljer om vad som går in en design och hur det finns problem som inte är uppenbara för ”utomstående” men som kan vara viktiga. t.ex. i detta exempel är spännvidden mycket lätt böjd vilket resulterar i en 66 mm avböjning i vägbanan (under 3 tum) men det orsakade extra svårigheter Och ansträngningarna som behövs för att konstruera denna bro och de snäva toleranserna är inte alls uppenbara vid inspektion.

Detta verkade värt att medan den ursprungliga frågan frågar om bara de vinklade tornen, detta visar hur många andra osynliga faktorer påverkar designen.

ORMISTON VÄGKABEL FÖRVARAD BRY
Denna uppsats ger en översikt över utvalda konstruktionsutmaningar som stöttes under byggandet av Ormiston Road kabelstångsbro, en ikonisk kabelstålsstål och betongbro byggd i Sir Barry Curtis Park, Manukau City, Auckland.

Om jag förstår beskrivningen korrekt är det ena tornet i betydande kompression och det andra i spänning. Detta är en liten vägbro men olika begränsningar gör tekniska svårigheter större än i vissa mycket större broar.

Några viktiga kommentarer – hela artikeln är värt att läsa.

• Konstruktionen av kabelstången var tekniskt mycket komplex på grund av den asymmetriska geometrin och mycket tät angivna toleranser. Brodäcket ligger i en radie av cirka 37 km, vilket låter väldigt platt men resulterar i nivåvariationer på grund av krökning på 66 mm längs bron. De 45,5 m stora stolparna består av en 28 m sektion av armerad betong avsmalnande från 1,8 m diameter vid basen till 1,3 m diameter på toppen, med en 5,5 m hög strukturell stålbox för att ge förankring för stagkablarna och toppad med en 12 m gitterspir i rostfritt stål och glas. För att ytterligare komplicera saker lutas båda pylonerna bakåt i längdriktningen vid 15 grader och vinklas ihop vid 5 grader och var inte självbärande.

• Det fanns mycket liten tolerans för att säkerställa att stagskablarna var rätt inriktad mellan pylon och däckförankringar. Vinkelrotationstoleransen på 0,25 grader som vanligtvis specificeras för kabelstängda broar krävde att hållfasthetsförankringarnas positionstolerans skulle ligga inom 3 mm. Med denna noggrannhetsnivå inriktades mycket av konstruktionsansträngningen och riskreduceringen på undersökningens integritet och bevarande av konstruktionstoleranser.

• Betongstolpen är vinklade i två riktningar och ger ett dynamiskt element till bron. De är också placerade närmare den västra distansen än den östra, vilket innebär att bakspännet är betydligt kortare än spännvidden. Denna asymmetri genererar avsevärd upplyftning på den västra distansen som motstås med djupa spänningshögar.

• Normal Drossbach-ledning kunde inte användas som senmantel efter forskning visade att Drossbach kunde kollapsa på cirka 12 m betonghuvud. 100NB ståltrycksrör användes som ett alternativ, som kunde klara de höga hy

• Senor monterades på marken innan de lyfts och placeras i pålarna som redan hade förstärkningen bur installerad. Det krävdes en synkroniserad ansträngning av 3 kranar med 6 ryckblock och en grävmaskin för att framgångsrikt lyfta de 45 m långa flexibla senorna från horisontellt till vertikalt, utan att knäcka senan, så att de kunde sänkas ner i påhöljet.

• Pålsenorna passerar genom den västra distansen och slutar i däcket. Detta innebar att senorna inte kunde stressas och injekteras förrän däcket hade hällts ut, cirka 9 månader senare. Som en tillfällig åtgärd för att förhindra korrosion av strängen infördes ** en natriumhydroxidlösning i högspåren för att skapa en skyddande alkalimiljö. Regelbunden pH-testning användes för att övervaka och upprätthålla alkalinitet.

• Medan bryggans spännvidd är kort vid 70 m var kablarnas effektiva belastningsområde av liknande storleken till en mycket större kabelstångsbro på grund av den stora däcksbredden och resulterade i kabeldragningar av samma storlek.

Gångbro med ”lutande torn” vid Brun uggla (hoo?) I Nya Zeeland.

Plats på Google maps

Kommentarer

• För det första: din förståelse om ” ett torn är i spänning ” är felaktigt: båda tornen är i kompression, en distans är i spänning. För det andra: Jag kan ’ inte se någon teknisk motivering för designen – det ser ut som ännu ett exempel där formuläret valdes för estetik (” en kabelbrygga med två pyloner i ena änden skulle se cool ut ”), vilket resulterade i skapandet av extra tekniska utmaningar (anslaget i spänning). För det tredje: Gud hjälp mig men jag ’ jag har älskat att arbeta med det; det ser coolt ut! : D
• @AndyT (2) re ” … Jag kan ’ inte se någon teknisk motivering för designen … ” – > Faktiskt – som jag noterade i första meningen. dvs vi håller med. (1) Abutment / tower – > Håller med. Jag visste att det kändes väldigt fel men jag (dumt) gick inte tillbaka till bilden vilket gör det uppenbart att båda tornen MÅSTE vara i spänning. Jag var tror jag förvirra distans med torn-fundament – vilket inte är vad de menade. (3) Kul att spela med, ja, MEN det verkar alldeles för smart för min smak. Jag ’ är en EE med ett stort överflöde till ” annat ” – om det misslyckas under de närmaste decennierna blev jag ’ inte förvånad. Förhoppningsvis inte dock.
• @AndyT De sa att det var den första kabelstannade bron i NZ. Vägbro kanske – men denna gångbro vid Brown Owl [:-)] har varit där i kanske 20 år.

Jag tror att det finns en förnuftig teknisk anledning som ingen har påpekat ännu. På bilden i den ursprungliga frågan verkar det centrala spännvidden vara något längre än två gånger för varje yttre kabelstödt spännvidd. Detta innebär en större belastning från varje halva av det centrala spännet än från varje yttre kabelstödda spännvidd. Dessutom skulle kablarna från strikt vertikala torn behöva bli mer grunda för att nå större avstånd till centrum av det centrala spännvidden, vilket ytterligare skulle öka spänningen som är nödvändig för att stödja samma partiella vertikala belastning.

Det skulle resulterar i obalanserad spänning på vertikala torn och tenderar att dra dem inåt och snedvrida bron. Att ha tornen lutade utåt – och / eller dras utåt genom ytterligare spänning i markstödet – kan vara ett sätt att tillgodose obalansen (som i det asymmetriska exemplet i svaret av @RussellMcMahon), men det kan vara så att den erforderliga spänningsnivån blir opraktisk för det last- och spännvidd som krävs och med tanke på stödstrukturen på flodbädden för bron i frågan. Under alla omständigheter verkar det verkligen kräva mer strukturellt stöd – och därmed kostnad – att få tornen lutade utåt mot ännu större spänning för att stödja en ännu längre räckvidd till mitten av det långa centrala området. (Det kan vara anledningen till att konventionell visdom hade problem med att komma med en fungerande och prisvärd design, om det stämde i det här fallet.) för att bibehålla en mer balanserad profil med mindre stress som läggs till designen bara för att balansera den. Tornarnas toppar ligger nära varje mittpunkt mellan centrum av det centrala spännvidden och den yttre räckvidden för varje yttre kabelstödda spännvidd, så kablarna under största spänning (och med den största horisontella komponenten) är de mest symmetriska … för att sedan hålla sidokrafterna på varje torn balanserade. Det är mer som att basen på vertikala torn helt enkelt skjuts längre ifrån varandra medan topparna hålls fasta, vilket innebär att strukturen och kostnaden är mer som för en kortare mittomfång med symmetriska kablar från vertikala torn snarare än den accelererande kostnaden längre sträckt avstånd med konventionella konstruktioner.

Det exakta avståndet mellan kabelfästen på spännvidden kanske inte är exakt detsamma för den centrala spänningen och de yttre spännen, och kan variera något över varje spännvidd för att variera den belastning varje stöd när monteringspunkten på tornet blir längre från centrum mellan paret av partiella laster. Varje stegvis närmare kabelpar kan sedan placeras för att balansera sidospänningen vid tornet och hålla belastningen på tornet riktad längs dess axeln för kompressionsstyrka. Den tekniska matematiken för att räkna ut de optimala placeringarna är bortom mig.Det är möjligt att kabellastavståndet är enhetligt trots allt, det behöver inte nödvändigtvis vara med detta tillvägagångssätt.