Bridges are such a common part of everyday life, they are often taken for granted. Niezależnie od tego, czy prowadzimy samochód, chodzimy pieszo, czy podróżujemy pociągiem, umożliwiają nam one przekraczanie zbiorników wodnych, dolin, dróg i innych barier geologicznych oraz stworzonych przez człowieka. Równie ważne jest to, że pozwalają one liniom użytkowym, w tym kablom i rurociągom, na przekraczanie tych barier.
Przyjrzyjmy się niektórym popularnym projektom mostów, jak ewoluowały one na przestrzeni wieków oraz celowi, jakiemu służy każdy projekt. Podczas gdy my jesteśmy na to, będziemy krok do tyłu i podziwiać kilka godnych uwagi przykładów każdego z nich. Może to pomóc Tobie i Twoim klientom spojrzeć na mosty w nowym świetle.
#1 – Most belkowy
Mosty belkowe są ogólnie uważane za najprostszą formę mostu. Jak prostą? Kiedy jaskiniowcy kładli kłody nad strumieniami, aby je przekroczyć, budowali najwcześniejsze mosty belkowe.
Te podstawowe mosty zazwyczaj przecinają stosunkowo niewielkie odległości. Aby zbudować most belkowy (znany również jako most dźwigarowy), wystarczy sztywna konstrukcja pozioma (belka) i dwie podpory, po jednej na każdym końcu, na których można ją oprzeć. Te elementy podtrzymują ciężar mostu i ruchu odbywającego się po nim.
Najprostszym mostem belkowym może być kłoda, deska drewniana lub kamienna płyta ułożona w poprzek wąskiego potoku lub strumienia. Bardziej skomplikowane mosty są zazwyczaj zbudowane ze stali, betonu lub kombinacji tych dwóch materiałów. Elementy betonowe mogą być zbrojone, sprężone lub strunobetonowe.
Struktura typowego mostu belkowego.
Podtrzymując ciężar, most belkowy wytrzymuje zarówno naprężenia ściskające, jak i rozciągające.
Aby zrozumieć, jak to działa, pomyśl o tym prostym modelu lub wypróbuj go w swoim garażu. Wyobraź sobie, że bierzesz deskę i kładziesz ją na dwóch cegłach. Jest to prosty most belkowy. Gdybyś umieścił duży ciężar na środku deski, wygięłaby się ona. Górna strona wygięłaby się pod wpływem siły ściskającej, a dolna pod wpływem siły rozciągającej. Jeśli dodać wystarczająco dużo ciężaru, „mostek” w końcu by się złamał. Górna strona wygięłaby się, a dolna pękłaby.
Na tym przykładzie można zrozumieć czynniki, które inżynier musi rozważyć przy projektowaniu mostu.
Mosty belkowe są zwykle używane do przekraczania stosunkowo krótkich odległości (zwykle mniej niż 250 stóp), ponieważ w przeciwieństwie do innych rodzajów mostów, nie mają wbudowanych podpór. Jedyne podpory są zapewnione przez pomosty. Im dalej od siebie znajdują się podpory, tym słabszy jest most belkowy. Nie oznacza to, że mosty belkowe nie mogą być używane do pokonywania większych odległości, wymaga to po prostu, aby seria mostów belkowych była połączona razem, tworząc tzw. przęsło ciągłe.
Lake Pontchartrain Causeway, Luizjana
- Przenosi: 4 pasy ruchu
- Przekracza: Jezioro Pontchartrain
- Lokalizacja: Metairie i Mandeville, Luizjana
- Konstrukcja: Most belkowy o ciągłym przęśle
- Długość: 23.87 mi (38.442 km)
- Wysokość: 15 ft
- Oddany do użytku: 1956 (południowy), 1969 (północny)
Dłuższe, bardziej złożone mosty belkowe są budowane przy użyciu wielu belek ustawionych obok siebie z pomostem na ich szczycie. Główne belki mogą być belkami dwuteowymi (znanymi również jako belki H), kratownicami lub dźwigarami skrzynkowymi. Mogą one przebiegać przez połowę mostu lub przez całą jego długość.
Mosty belkowe są używane do przenoszenia pieszych, samochodów, ciężarówek i linii kolejowych przez przęsła o ograniczonej odległości. Są one często wykorzystywane w systemach jednoszynowych i tranzytowych. Są one również cenne do przenoszenia kabli i rurociągów na krótkich odcinkach do domów, odizolowanych społeczności i podziałów.
Podpowiedź: Wiele mostów belkowych to konstrukcje historyczne i istnieją ograniczenia co do sposobu, w jaki media mogą być przenoszone przez nie. Stan Connecticut, w którym znajduje się wiele takich zabytkowych mostów, oferuje wytyczne, jak sobie z tym radzić.
#2 – Most kratownicowy
Most Francisa Scotta Key – Baltimore, Maryland
- Przenosi: 4 pasy ruchu
- Przebiega przez: Rzeka Patapsco
- Położenie: Baltimore, Maryland
- Konstrukcja: Stalowy most łukowy o ciągłej kratownicy
- Długość: 8,636 stóp
- Wysokość: 185 stóp
- Ukończono: 1977
A truss bridge features a prominent truss, which is a structure of connected elements that form triangular units. Kratownica jest używana, ponieważ jest to bardzo sztywna konstrukcja, która przenosi obciążenie z jednego punktu mostu na znacznie większy obszar. Mosty kratownicowe mogą przekraczać dłuższe przęsła niż podstawowe mosty belkowe.
Konstrukcja typowego mostu kratownicowego.
Mosty kratownicowe pojawiły się bardzo wcześnie w historii nowoczesnych mostów. Są one stosunkowo ekonomiczne w budowie, ponieważ efektywnie wykorzystują materiały.
Mosty kratownicowe były budowane głównie z drewna na początku XIX wieku i powoli przechodziły na konstrukcje żelazne do połowy tego wieku. Stal stała się standardem w latach osiemdziesiątych XIX wieku. Niektóre stany kontynuowały budowę stalowych mostów kratownicowych do lat trzydziestych XX wieku, podczas gdy inne porzuciły je wcześniej, decydując się na budowę betonowych mostów belkowych i dźwigarowych.
Przykłady tych mostów nadal istnieją w całych Stanach Zjednoczonych, ale ich liczba maleje, ponieważ są burzone i zastępowane bardziej nowoczesnymi typami mostów. Niektóre mosty kratownicowe są niezwykle proste i utylitarne, podczas gdy inne wykorzystują bardziej wyszukane szczegóły konstrukcyjne.
Throughout history, engineers experimented with different forms of truss bridges, trying to find better ways to solve particular problems. Most kratownicowy może posiadać pokład lub podłoże drogowe na górze (kratownica pokładowa), w środku (kratownica przelotowa) lub na dole kratownicy. Jeśli boki kratownicy wystają ponad podłoże, ale nie są ze sobą połączone, most taki nazywany jest kratownicą kucykową lub półkratownicą przelotową.
Przez mosty kratownicowe przechodzą piesi, samochody, ciężarówki, kolej miejska i kolej ciężka. Są one zazwyczaj wykorzystywane do przecinania rzek, a nie dróg. Mosty kratownicowe były historycznie używane do przenoszenia wody i ścieków rurami przez przęsła. Z biegiem lat pojawiły się również linie elektryczne i kablowe. Duża część tej infrastruktury użytkowej starzeje się i nawet jeśli most nie jest wymieniany, linie użytkowe często wymagają wymiany.
Uwaga: Podczas modernizacji starzejącej się infrastruktury użytkowej pod mostami kratownicowymi należy używać bezpiecznego sprzętu przeznaczonego specjalnie do konserwacji pod mostami. Sprawdź te przykłady.
#3 – Most wspornikowy
Ed Koch Most Queensboro – Nowy Jork
- Przenosi: 10 pasów ruchu, cztery górne, sześć dolnych, plus pasy dla pieszych & rowerzystów
- Przechodzi: East River
- Lokalizacja: Nowy Jork (Manhattan do Queens)
- Konstrukcja: Dwupoziomowy most wspornikowy
- Długość: 3,724 stóp
- Wysokość: 130 stóp
- Ukończono: 1909
Te typy mostów są zbudowane przy użyciu wsporników, czyli konstrukcji, które wystają poziomo w przestrzeń, podparte tylko na jednym końcu. W przypadku małych kładek dla pieszych, wsporniki mogą być prostymi belkami. Większe mosty wspornikowe zaprojektowane do obsługi ruchu drogowego lub kolejowego wykorzystują kratownice zbudowane ze stali konstrukcyjnej lub dźwigary skrzynkowe zbudowane z betonu sprężonego.
Konstrukcja mostu wspornikowego.
Mosty wspornikowe z kratownicą stalową były głównym przełomem inżynieryjnym w latach 1800, ponieważ mogą rozpiętości ponad 1500 stóp i są łatwiejsze do zbudowania w trudnych miejscach, takich jak autostrady, głębokie drogi wodne lub obszary zaludnione, przy użyciu niewielkiej lub żadnej podpory naziemnej.
Inżynierowie budują dłuższe mosty wspornikowe, dodając więcej podpór. To rozkłada obciążenie pomiędzy nimi, co pomaga osiągnąć większą długość.
Mosty wspornikowe mogą być budowane bez konstrukcji wspornikowej poniżej i wież nośnych i kabli powyżej. Ten poziom prostoty konstrukcji jest jedną z ich wielkich zalet. Mają one również bardzo sztywną konstrukcję, dzięki czemu mogą przenosić stosunkowo duże obciążenia, w tym linie kolejowe, co jest częstym zastosowaniem tych mostów.
Wiele z tych mostów przenosi media przez ich przęsła w gęstych obszarach miejskich. Sprawdź ten przykład dużego projektu, który skoordynował instalację różnych mediów, w tym sieci światłowodowych, gazu, wody, rozległej kanalizacji burzowej, ścieków i bezpiecznych linii komunikacyjnych w ramach jednego projektu.
#4 – Most łukowy
Stone Arch Bridge – Minneapolis, Minnesota
- Przenosi: Pieszych i rowerzystów
- Przechodzi: Rzeka Missisipi
- Lokalizacja: Minneapolis, Minnesota
- Konstrukcja: 21 kamiennych przęseł łukowych i jedno stalowe przęsło kratownicowe
- Długość: 2,100 stóp
- Szerokość: 28 stóp
- Ukończono: 1883
Most łukowy jest jednym z najbardziej powszechnych typów mostów. Zostały one wprowadzone do użytku ponad 3000 lat temu i pozostały popularne aż do rewolucji przemysłowej. W tym czasie wynalezienie stali, betonu i innych zaawansowanych materiałów pomogło inżynierom opracować inne nowoczesne projekty mostów. Jednak mosty łukowe są używane do dziś, a dzięki zastosowaniu nowoczesnych materiałów mogą być budowane w większych rozmiarach niż w przeszłości.
Most łukowy posiada przyczółki na każdym końcu i ma kształt zakrzywionego lub spiczastego łuku. Konstrukcja mostu łukowego opiera się na przeniesieniu ciężaru mostu i jego obciążeń częściowo do poziomego ciągu popychanego z powrotem przez przyczółki po obu stronach mostu. Dłuższy most może być wykonany z serii mostów łukowych, chociaż obecnie zazwyczaj stosuje się bardziej ekonomiczne rozwiązania.
Konstrukcja prostego mostu łukowego.
Czy wiesz, że? To właśnie łuk nadaje swojemu imiennikowi wytrzymałość. W rzeczywistości łuk wykonany z kamienia nie wymaga zaprawy murarskiej.
Uwierz lub nie, ale kamienne i drewniane mosty łukowe stały się bardzo popularne w czasach Imperium Rzymskiego. Rzymscy inżynierowie zbudowali ponad 1000 kamiennych mostów łukowych w Europie, Azji i Afryce Północnej. Wiele z tych mostów stoi do dziś, dowodząc swojej wytrzymałości i trwałości. Podobne konstrukcje mostowe były jednymi z pierwszych, które pełniły funkcje użytkowe. Używano ich do przenoszenia wody spoza miast na tereny miejskie, podobnie jak dziś mosty przenoszą rury do transportu wody z miejsca na miejsce.
W miarę upływu wieków średniowieczni architekci udoskonalali wcześniejsze projekty, tworząc mosty łukowe z węższymi filarami, cieńszymi beczkami łukowymi, spiczastymi łukami i większymi rozpiętościami łuków. Architekci renesansowi nie tylko zbudowali jedne z najbardziej solidnych konstrukcyjnie mostów w historii, ale także stworzyli jedne z najpiękniejszych. Most Rialto w Wenecji jest jednym z takich przykładów. W ciągu ostatnich 150 lat, większe i bardziej ambitne mosty łukowe zostały zbudowane z żelaza, stali i betonu.
Siła i trwałość mostów łukowych pozwala im być używanym do przewozu pieszych, pojazdów, lekkiej kolei i ciężkiej kolei, a jak wspomniano, niektóre zostały zbudowane wyłącznie do przenoszenia wody z miejsca na miejsce. Jeśli chodzi o podparcie nowoczesnych mediów, mosty łukowe często nie są efektywne. Niemożliwe jest utrzymanie wymaganej infrastruktury wewnątrz łuku, a umieszczenie jej wzdłuż boku mostu może być nieestetyczne i narażać je na działanie czynników atmosferycznych.
W rzeczywistości, większość stanów oferuje wytyczne dotyczące sposobu zawieszania infrastruktury na mostach i trudno jest znaleźć jakiekolwiek, które oferują porady, jak to zrobić na moście łukowym, z wyjątkiem tego przykładu ze stanu Waszyngton.
#5 – Most wiszący
Most Golden Gate – San Francisco, Kalifornia
- Przenosi: 6 pasów ruchu, pieszych i rowerzystów
- Łączy: San Francisco i Marin County, Kalifornia
- Konstrukcja: Zawieszenie, łuk kratownicowy, i causeways kratownicowe
- Długość: 8,981 stóp
- Wysokość: 746 stóp
- Ukończono: 1933
Ten typ mostu ma liny wiszące pomiędzy wieżami i liny podwieszające zwisające z wież, które utrzymują pokład. Liny zawieszenia są zakotwiczone na każdym końcu mostu i przenoszą większość obciążenia.
Struktura mostu wiszącego.
Dzisiejsze złożone mosty wiszące powstały z prostych wersji pochodzących z XV wieku. Miały one liny nośne, ale nie miały wież. Najbardziej podstawowe mosty wiszące obejmują liny, siatki i inne mosty tkane.
Pierwszy most wiszący w nowoczesnym stylu w Stanach Zjednoczonych został zbudowany w Pensylwanii w 1801 roku. Z biegiem lat, mosty wiszące stały się popularne, ponieważ rozpiętość szerokich luk, że inne mosty nie może. Ponadto są one tańsze w budowie, ponieważ zużywają mniej materiału niż większość innych mostów.
Mosty wiszące są bardziej odporne na trzęsienia ziemi niż praktycznie każdy inny typ mostu. Ponadto łatwo je uaktualnić, aby zrobić miejsce dla szerszych pojazdów lub dodatkowych pasów ruchu. Jest to również stosunkowo łatwe do zawieszenia kabli użytkowych i linii energetycznych na długich dystansach na moście wiszącym.
Wady: konstrukcja ma tendencję do bycia bardzo sztywną, aby wytrzymać silne wiatry, a większość nie może obsługiwać ciężki ciężar pociągów. Często potrzeba specjalnych wieszaków, aby podeprzeć infrastrukturę użytkową poza złożonymi typami mostów wiszących.
#6 – Most wiązany
Most Fremonta – Portland, Oregon
- Przenosi: 4 pasy ruchu, 2 pokłady ruchu
- Przebiega przez: Willamette River i ulice
- Lokalizacja: Portland, Oregon
- Konstrukcja: Most wiązany
- Długość: 2,154 stóp
- Wysokość: 381 stóp
- Ukończono: 1973
Most łukowy (zwany również mostem łukowym lub mostem łukowo-dźwigarowym) to typ mostu, który ma żebro łukowe po każdej stronie jezdni (pokładu) i jedną belkę spinającą na każdym z łuków, które podtrzymują pokład. Pionowe cięgna połączone z łukami podpierają pokład od góry.
Skonstrukcja mostu z wiązanym łukiem.
Ten typ mostu może być uważany za skrzyżowanie mostu łukowego i wiszącego. Połączony styl konstrukcji pozwala na budowę mostu z mniej obszernymi fundamentami niż w przypadku mostów łukowych, co oznacza, że są one doskonałym rozwiązaniem dla trudnych lokalizacji, które wymagają podwyższonych filarów lub w miejscach, gdzie gleba jest niestabilna. Konstrukcja łukowa sprawia, że są one idealne w sytuacjach, gdy most musi być zbudowany poza terenem budowy, dostarczony i przesunięty na miejsce na miejscu. Nie jest to możliwe w przypadku mostów podwieszonych.
Mosty podwieszone mają wiele zalet, ale nie są doskonałe. Wymagają one zastosowania spoin w miejscu połączenia żebra łukowego z wiązarami oraz w miejscu połączenia łuku z wiązarami pionowymi. Spawy te muszą być regularnie naprawiane, co może być kosztowne, czasochłonne i niewygodne. Konstrukcja i projekt tego typu mostu jest nieredundantny, co oznacza, że jeśli nawet jeden z dwóch wiązarów ulegnie uszkodzeniu, cała konstrukcja zawali się. Wreszcie, mosty łukowe są droższe w budowie w porównaniu z innymi typami mostów o tej samej długości.
Prosta konstrukcja tego typu mostów sprawia, że są one dobre do podtrzymywania rur i kabli.
#7 – Most wantowy
Bob Graham Sunshine Skyway Bridge – Tampa Bay, Floryda
- Przenosi: 4 pasy ruchu
- Przechodzi: Zatoka Tampa, Floryda
- Konstrukcja: Ciągły most wantowy z betonu sprężonego
- Długość: 1,1 mili
- Wysokość: 430 stóp
- Ukończono: 1987
Na pierwszy rzut oka, most wantowy może wyglądać jak odmiana mostu wiszącego, ale są one strukturalnie różne. W przeciwieństwie do mostów wiszących, mosty wantowe nie wymagają zakotwień, a dwie wieże nie są konieczne. Zamiast tego, kable mogą biec od jezdni aż do wieży, która utrzymuje cały ciężar.
Struktura mostu wantowego.
Podstawowa konstrukcja mostu wantowego sięga prawie 500 lat wstecz. Nowoczesne wersje zaczęto budować w Europie po II wojnie światowej jako opłacalne zamienniki mostów zniszczonych podczas wojny.
Wieża mostu wantowego pochłania i rozkłada wszystkie siły ściskające most. Kable mogą być przymocowane do jezdni w różnych układach. Na przykład, w układzie promieniowym, kable rozciągają się z kilku punktów na drodze do jednego punktu na wieży. W układzie równoległym, kable mocowane są zarówno do jezdni jak i do wieży w kilku oddzielnych punktach.
Dzisiaj mosty wantowe są popularnym wyborem, ponieważ oferują wszystkie zalety mostu wiszącego, ale przy niższych kosztach dla krótszych przęseł. Wymagają one mniej kabli stalowych, są szybsze w budowie i zawierają więcej prefabrykatów betonowych. Projekty niektórych z tych mostów mogą oferować znaczący czynnik wow.
Wniosek
Każdy typ mostu służy innemu celowi i może być używany do przecinania różnych typów luk i barier. Mosty są jednak czymś więcej niż tylko obiektami użytkowymi. Są to również cuda inżynierii i rzeczy piękne. Mamy nadzieję, że ten przegląd pomoże Ci jeszcze bardziej docenić szczegóły mostów, które przekraczasz każdego dnia.
Dla jeszcze większego uznania dla mostów, sprawdź nasz post o Największych Amerykańskich Mostach.
