Broer er en så almindelig del af hverdagen, at man ofte tager dem for givet. Uanset om vi kører, går eller rejser med tog, gør de det muligt for os at krydse vandområder, dale, veje og andre geologiske og menneskeskabte barrierer. Lige så vigtigt er det, at de også gør det muligt for vigtige forsyningsledninger, herunder kabler og rørledninger, at krydse disse barrierer.
Lad os se på nogle almindelige brokonstruktioner, hvordan de har udviklet sig gennem århundrederne, og hvilket formål de enkelte konstruktioner tjener. Mens vi er i gang, træder vi et skridt tilbage og beundrer et par bemærkelsesværdige eksempler på hver af dem. Det kan hjælpe dig og dine kunder til at se broer i et nyt lys.
#1 – Bjælkebro
Bjælkebroer anses generelt for at være den enkleste form for bro. Hvor enkel? Da hulemænd lagde træstammer over vandløb for at krydse dem, byggede de de tidligste bjælkebroer.
Disse grundlæggende broer spænder typisk over relativt korte afstande. For at bygge en bjælkebro (også kendt som en bjælkebro) skal man blot bruge en stiv horisontal struktur (en bjælke) og to understøtninger, en i hver ende, til at hvile den på. Disse ting støtter den nedadgående vægt af broen og den trafik, der kører over den.
Den enkleste bjælkebro kunne være en træstamme, træplanke eller stenplade, der lægges over en smal bæk eller å. De mere komplicerede er normalt konstrueret af stål eller beton eller en kombination af de to. Betonelementerne kan være forstærkede, forspændte eller efterspændte.
Strukturen af en typisk bjælkebro.
Da en bjælkebro bærer vægt, udholder den både tryk- og trækspænding.
For at forstå, hvordan det fungerer, kan du tænke på denne enkle model eller prøve den i din garage. Forestil dig, at du tager et bræt og lægger det oven på to mursten. Dette er en simpel bjælkebro. Hvis du placerede en tung vægt i midten af brættet, ville det bøje sig. Den øverste side ville bøje indad under kompressionskraften, og den nederste side ville bøje udad under spændingskraften. Hvis man tilføjer tilstrækkelig meget vægt, vil “broen” til sidst bryde. Oversiden ville bøje sig, og undersiden ville knække.
Med dette eksempel kan du forstå de faktorer, som en ingeniør skal tage hensyn til, når han eller hun konstruerer en bro.
Bjælkebroer bruges generelt til at krydse relativt korte afstande (normalt mindre end 250 fod), fordi de i modsætning til andre typer broer ikke har indbyggede understøtninger. De eneste understøtninger leveres af moler. Jo længere afstand der er mellem understøtningerne, jo svagere bliver en bjælkebro. Det betyder ikke, at bjælkebroer ikke kan bruges til at krydse længere afstande, det kræver blot, at en række bjælkebroer skal forbindes med hinanden, hvilket skaber det, der kaldes et sammenhængende spænd.
Lake Pontchartrain Causeway, Louisiana
- Bærer: Fire vognbaner
Krydser: Lake Pontchartrain Beliggenhed: Metairie og Mandeville, Louisiana Byggeri: Længde: 38,442 km (23,87 mi) Højde: 15 ft Færdiggjort: 1,5 km (23,87 mi) Færdiggjort: 1,5 km (38,442 km)
Længere og mere komplekse bjælkebroer er bygget ved hjælp af mange bjælker, der er stillet op side om side med et dæk på tværs af dem. Hovedbjælkerne kan være I-bjælker (også kendt som H-bjælker), spær eller kassedragere. De kan løbe halvvejs over broen eller over hele dens længde.
Bjælkebroer bruges til at transportere fodgængere, biler, lastbiler og jernbaner over spænd over begrænsede afstande. De bruges ofte til monorail og hævede transportsystemer. De er også værdifulde til at transportere forsyningskabler og rørledninger over korte afstande til boliger, isolerede samfund og underafdelinger.
Hinvis: Mange bjælkebroer er historiske konstruktioner, og der er begrænsninger for, hvordan forsyningsvirksomheder kan transporteres over dem. Staten Connecticut, der er hjemsted for mange af disse historiske broer, tilbyder retningslinjer for, hvordan man håndterer dette.
#2 – Truss bridge
Francis Scott Key Bridge – Baltimore, Maryland
- Bærer: Fire vognbaner
- Krydser: Patapsco River
- Beliggenhed: Beliggenhed: Baltimore, Maryland
- Byggeri: Baltimore, Maryland
- Stålbueformet gennemgående gennemgående bindingsværksbro
- Længde: 8.636 fod
- Højde: 185 fod
- Færdiggjort: 1977
En bindingsværksbro har et fremtrædende bindingsværk, som er en struktur af forbundne elementer, der danner trekantede enheder. Et spær bruges, fordi det er en meget stiv struktur, der overfører belastningen fra et enkelt punkt på en bro til et meget større område. Spærbroer kan krydse længere spændvidder end grundlæggende bjælkebroer.
Strukturen af en typisk spærbro.
Spærbroer optrådte meget tidligt i de moderne broers historie. De er relativt økonomiske at bygge, fordi de bruger materialerne effektivt.
Spærbroer blev hovedsagelig bygget af træ i begyndelsen af 1800-tallet og gik langsomt over til jernkonstruktion i midten af det århundrede. Stål blev standarden i 1880’erne. Nogle stater fortsatte med at bygge stålspærbroer frem til 1930’erne, mens andre stater opgav dem tidligere og valgte i stedet at bygge betonbjælke- og bjælkebroer.
Eksempler på disse broer findes stadig i hele USA, men antallet er faldende, fordi de bliver revet ned og erstattet af mere moderne typer broer. Nogle bindingsværksbroer er ekstremt enkle og utilitaristiske, mens andre bruger mere udførlige konstruktionsdetaljer.
Igennem historien har ingeniører eksperimenteret med forskellige former for bindingsværksbroer og forsøgt at finde bedre måder at løse bestemte problemer på. En spærbro kan have et dæk eller et vejbed øverst (dækspær), i midten (gennemgående spær) eller i bunden af spæret. Hvis spærets sider strækker sig over vejbedet, men ikke er forbundet, kaldes det et ponyspær eller et halvt gennemgående spær.
Spærbroer krydses af fodgængere, biler, lastbiler, letbaner og tunge jernbaner. De bruges normalt til at spænde over floder snarere end over veje. Spærbroer er historisk set blevet brugt til at transportere vand og spildevand gennem rør på tværs af spænd. I årenes løb er der også blevet tilføjet el- og kabellinjer. Meget af denne forsyningsinfrastruktur er aldrende, og selv om broen ikke udskiftes, skal forsyningsledninger ofte udskiftes.
Bemærkning: Det er vigtigt at bruge sikkert udstyr, der er designet specielt til vedligeholdelse under broer, når man opdaterer aldrende forsyningsinfrastruktur under bindingsværksbroer. Se disse eksempler.
#3 – Cantilever bridge
Ed Koch Queensboro bridge – New York City
- Bærer: Ti kørebaner for trafik, fire øvre, seks nedre, plus kørebaner for fodgængere & cyklister
- Krydses: East River
- Placering: Beliggenhed: New York City (Manhattan til Queens)
- Byggeri: Dobbeltdækket, fritliggende bro
- Længde: 3.724 fod
- Højde: 130 fod
- Færdiggjort: 1909
Disse typer broer er bygget ved hjælp af cantilevers, som er strukturer, der rager vandret ud i rummet og kun er understøttet i den ene ende. For små fodgængerbroer kan udkragningerne være simple bjælker. Større udkragede broer, der er konstrueret til at håndtere vej- eller jernbanetrafik, anvender spær bygget af konstruktionsstål eller kassedragere bygget af forspændt beton.
Struktur af en udkraget bro.
Stålspærfagre kragbøjlebroer var et stort teknisk gennembrud i 1800-tallet, da de kan spænde over distancer på over 1.500 fod og er lettere at konstruere ved vanskelige krydsninger, såsom motorveje, dybe vandveje eller befolkede områder, idet de kun bruger lidt eller ingen støtte på jorden.
Ingeniører bygger længere kragbøjlebroer ved at tilføje flere understøtninger. Herved fordeles belastningen mellem dem, hvilket bidrager til at opnå større længde.
Canelerbroer kan bygges uden false-work under og støttetårne og kabler over. Denne grad af enkelhed i konstruktionen er en af deres store fordele. De er også af meget stiv konstruktion, så de kan bære relativt store belastninger, herunder jernbanelinjer, hvilket er en almindelig anvendelse af disse broer.
Mange af disse broer bærer forsyningsvirksomheder på tværs af deres spændvidde i tætte byområder. Se dette eksempel på et stort projekt, der koordinerede installationen af en række forsyningsselskaber, herunder fiberoptiske netværk, gas, vand, omfattende regnvand, spildevand og statssikrede kommunikationsledninger i et enkelt projekt.
#4 – Bue bro
Stone Arch Bridge – Minneapolis, Minnesota
- Bærer: Fodgængere og cyklister
- Krydser: Mississippi-floden
- Beliggenhed: Minneapolis, Minnesota
- Konstruktion: 21 stenbuespænd og et ståldækket spærspænd
- Længde: 2.100 fod
- Bredde: 28 fod
- Færdiggjort: 1883
Buebroen er en af de mest almindelige typer af broer. De kom i brug for over 3.000 år siden og forblev populære indtil den industrielle revolution. På det tidspunkt hjalp opfindelsen af stål, beton og andre avancerede materialer ingeniørerne med at udvikle andre moderne brokonstruktioner. Buebroer er dog stadig i brug selv i dag, og ved hjælp af moderne materialer kan de bygges større end tidligere.
En buebro har støttepiller i hver ende og er formet som en buet eller spidsbuet bue. Bue-broteknik er baseret på at overføre broens vægt og dens belastninger delvist til et vandret skub, der skubbes sammen af buepillerne på hver side af broen. En længere bro kan laves af en række buebroer, selv om man i dag typisk anvender mere økonomiske muligheder.
Opbygning af en simpel buebro.
Vidste du det? Det er selve buen, der giver broens navnebror sin styrke. Faktisk behøver en bue af sten ikke mørtel.
Visse det eller ej, men buebroer af sten og træ blev meget populære under Romerriget. Romerske ingeniører byggede over 1.000 stenbuebroer i Europa, Asien og Nordafrika. Mange af disse broer står stadig i dag, hvilket viser deres styrke og holdbarhed. Lignende brolignende konstruktioner var blandt de første, der tjente en brugsrelateret funktion. De blev brugt til at transportere vand fra uden for byerne ind i byområderne, på samme måde som broer i dag bærer rør til at transportere vand fra sted til sted.
I løbet af århundrederne forbedrede middelalderens arkitekter de tidligere designs og skabte buebroer med smallere moler, tyndere buetønder, spidse buer og større buespændvidder. Renæssancearkitekter byggede ikke kun nogle af de mest strukturelt forsvarlige broer i historien, de skabte også nogle af de smukkeste. Rialtobroen i Venedig er et eksempel herpå. I de sidste 150 år er der blevet bygget større og mere ambitiøse buebroer af jern, stål og beton.
Buebroernes styrke og holdbarhed gør det muligt at bruge dem til at transportere fodgængere, køretøjer, letbaner og tunge jernbaner, og som nævnt er nogle af dem blevet bygget til udelukkende at transportere vand fra sted til sted. Når det drejer sig om at bære moderne forsyningsvirksomheder, er buebroer ofte ikke effektive. Det er umuligt at støtte den nødvendige infrastruktur inden for buen, og det kan være grimt at placere den langs siden af en bro og gøre den udsat for vejrliget.
Faktisk set tilbyder de fleste stater vejledning om, hvordan forsyningsselskaber skal ophænges fra broer, og det er svært at finde nogen, der giver råd om, hvordan man gør det på en buebro, bortset fra dette eksempel fra staten Washington.
#5 – Hængebro
Golden Gate Bridge – San Francisco, Californien
- Bærer: Seks kørebaner for trafik, fodgængere og cyklister
- Forbinder: San Francisco og Marin County, Californien
- Byggeri:: San Francisco og Marin County, Californien Suspension, bindingsværksbuer og bindingsværksbroer
- Længde: 8.981 fod
- Højde: 746 fod
- Færdiggjort: 1933
Denne type bro har hængerkabler mellem tårnene og ophængningskabler, der hænger fra tårnene, og som holder dækket. Ophængningskablerne er forankret i hver ende af broen, og de bærer størstedelen af belastningen.
Struktur af en hængebro.
De komplekse hængebroer af i dag er udviklet fra simple versioner, der stammer tilbage fra det femtende århundrede. De havde bærende kabler, men ingen tårne. De mest grundlæggende hængebroer omfatter reb, net og andre vævede broer.
Den første hængebro i moderne stil i USA blev bygget i Pennsylvania i 1801. I årenes løb blev hængebroer populære, fordi de overdrog store huller, som andre broer ikke kunne overkomme. Derudover er de billigere at bygge, fordi de bruger mindre materiale end de fleste andre broer.
Hængebroer er mere jordskælvssikre end stort set alle andre brotyper. Desuden er det let at opdatere dem for at give plads til bredere køretøjer eller yderligere trafikbaner. Det er også relativt nemt at hænge forsyningskabler og elkabler op over lange afstande på en hængebro.
Den negative side: Konstruktionen har en tendens til at være meget stiv for at få dem til at kunne holde til kraftig vind, og de fleste kan ikke klare den tunge vægt fra tog. Det kræver ofte særlige bøjler at støtte forsyningsinfrastruktur fra komplekse typer af hængebroer.
#6 – Tied-arch bridge
Fremont Bridge – Portland, Oregon
- Bærer: Fire kørebaner, to dæk for trafik
Krydser: Willamette River og gader Beliggenhed: Portland, Oregon Bygge- og anlægsarbejde: Portland, Oregon Længde: 2.154 fod Længde: 2.154 fod Højde: 381 fod Færdiggjort: 1973
En bro med bundet bue (også kaldet bowstring-arch eller bowstring-girder bridge) er en type bro, der har en bue ribbe på hver side af kørebanen (dæk) og en bindebjælke på hver af buerne, der støtter dækket. Lodrette bindestænger, der er forbundet med buerne, støtter dækket ovenfra.
Struktur af en bro med bue med bindestænger.
Denne brotype kan betragtes som en krydsning mellem en buebro og en hængebro. Den kombinerede konstruktionsstil gør det muligt at bygge broen med mindre omfangsrige fundamenter end buebroer, hvilket betyder, at de er en god mulighed på vanskelige steder, der kræver forhøjede møller, eller på steder, hvor jorden er ustabil. Buekonstruktionen gør dem ideelle til situationer, hvor en bro skal bygges uden for stedet, leveres og skydes på plads på stedet. Dette er ikke muligt med hængebroer.
Spærbroer med bueformede broer kan have mange fordele, men de er ikke perfekte. De kræver svejsninger ved forbindelsen mellem bueribben og bindingsbjælkerne og ved forbindelsen mellem buen og de lodrette bindinger. Disse svejsninger skal repareres regelmæssigt, hvilket kan være dyrt, tidskrævende og ubelejligt. Konstruktionen og udformningen af denne type broer er ikke-redundant, hvilket betyder, at hvis blot en af de to bindingsbjælker svigter, vil hele konstruktionen kollapse. Endelig er bindingsbue-broer dyrere at bygge sammenlignet med de andre typer broer af samme længde.
Den enkle konstruktion af denne type broer gør dem gode til at bære forsyningsrør og kabler.
#7 – Kabelbøjede broer
Bob Graham Sunshine Skyway Bridge – Tampa Bay, Florida
- Bærer: Fire kørebaner
- Krydser: Tampa Bay, Florida
- Byggeri: Kontinuerlig kabelbåren bro af forspændt beton
- Længde: 1,1 miles
- Højde: 430 fod
- Færdiggjort: Ved første øjekast ligner en kabelbro måske en variation af en hængebro, men de er strukturelt forskellige. I modsætning til hængebroer kræver kabelbroer ikke forankringer, og det er ikke nødvendigt med to tårne. I stedet kan kablerne løbe fra vejbanen op til et tårn, der holder hele vægten.
Strukturen af en kabelskråbro.
Den grundlæggende konstruktion af kabelskråbroen går næsten 500 år tilbage i tiden. Moderne udgaver begyndte at blive bygget i Europa efter Anden Verdenskrig som omkostningseffektive erstatninger for broer, der blev beskadiget under krigen.
Tårnet på en kabelskråstagsbro absorberer og fordeler alle broens kompressionskræfter. Kablerne kan fastgøres til vejbanen i forskellige mønstre. I et radialt mønster strækker kablerne sig f.eks. fra flere punkter på vejen til et enkelt punkt ved tårnet. I et parallelt mønster er kablerne fastgjort til både vejbanen og tårnet på flere forskellige punkter.
I dag er kabelbroer et populært valg, da de tilbyder alle fordelene ved en hængebro, men til en lavere pris for kortere spændvidder. De kræver mindre stålkabel, er hurtigere at bygge og indeholder flere præfabrikerede betonsektioner. Designet af nogle af disse broer kan give en betydelig wow-faktor.
Slutning
Hver type bro tjener et forskelligt formål og kan bruges til at spænde over forskellige typer af huller og barrierer. Broer er dog mere end blot brugsgenstande. De er også tekniske vidundere og skønhedsgenstande. Vi håber, at denne oversigt hjælper dig med at sætte yderligere pris på detaljerne i de broer, du krydser hver eneste dag.
For endnu mere brovurdering kan du tjekke vores indlæg om de største amerikanske broer.
