Sillat ovat niin yleinen osa jokapäiväistä elämää, että niitä pidetään usein itsestäänselvyytenä. Ajoimmepa sitten autolla, kävellen tai junalla, ne mahdollistavat vesistöjen, laaksojen, teiden ja muiden geologisten ja ihmisen tekemien esteiden ylittämisen. Yhtä tärkeää on, että ne mahdollistavat myös elintärkeiden hyötyjohtojen, kuten kaapeleiden ja putkistojen, ylittämisen näiden esteiden yli.
Katsotaanpa joitakin yleisiä siltamalleja, niiden kehittymistä vuosisatojen aikana ja kunkin mallin käyttötarkoitusta. Samalla astumme taaksepäin ja ihailemme muutamia merkittäviä esimerkkejä kustakin. Se voi auttaa sinua ja asiakkaitasi tarkastelemaan siltoja uudessa valossa.
#1 – Palkkisilta
Palkkisiltoja pidetään yleisesti yksinkertaisimpana siltamuotona. Kuinka yksinkertaisia? Kun luolamiehet laskivat tukkeja purojen yli ylittäessään niitä, he rakensivat varhaisimpia palkkisiltoja.
Tällaiset perussillat kattavat tyypillisesti suhteellisen lyhyitä matkoja. Palkkisillan (tunnetaan myös nimellä palkkisilta) rakentamiseen tarvitaan vain jäykkä vaakasuora rakenne (palkki) ja kaksi tukea, yksi molemmissa päissä, joihin se nojaa. Nämä kannattelevat sillan alaspäin suuntautuvaa painoa ja sen yli kulkevaa liikennettä.
Yksinkertaisin palkkisilta voi olla hirsi, puulankku tai kivilaatta, joka on asetettu kapean puron tai puron yli. Monimutkaisemmat rakennetaan yleensä teräksestä tai betonista tai näiden kahden yhdistelmästä. Betonielementit voivat olla raudoitettuja, esijännitettyjä tai jälkijännitettyjä.
Tyypillisen palkkisillan rakenne.
Kannattaessaan painoa palkkisilta kestää sekä puristus- että vetojännityksen.
Mutta jotta ymmärtäisit, miten tämä toimii, mieti tätä yksinkertaista mallia tai kokeile sitä autotallissasi. Kuvittele, että otat laudan ja asetat sen kahden tiilen päälle. Tämä on yksinkertainen palkkisilta. Jos laudan keskelle asetettaisiin raskas paino, se taipuisi. Yläpuoli taipuisi sisäänpäin puristusvoiman vaikutuksesta ja alapuoli ulospäin vetovoiman vaikutuksesta. Lisää tarpeeksi painoa, ja ”silta” lopulta murtuisi. Yläpuoli taipuisi ja alapuoli napsahtaisi.
Tämän esimerkin avulla voit ymmärtää, mitä tekijöitä insinöörin on otettava huomioon siltaa suunnitellessaan.
Palkkisiltoja käytetään yleensä suhteellisen lyhyiden etäisyyksien ylittämiseen (tavallisesti alle 250 jalkaa), koska toisin kuin muissa siltatyypeissä, niissä ei ole sisäänrakennettuja tukia. Ainoat tuet ovat laiturit. Mitä kauempana tuet ovat toisistaan, sitä heikompi palkkisillasta tulee. Tämä ei tarkoita, etteikö palkkisiltoja voisi käyttää pidempien matkojen ylittämiseen, se vain edellyttää, että sarja palkkisiltoja on yhdistettävä toisiinsa, jolloin syntyy niin sanottu jatkuva jänneväli.
Lake Pontchartrain Causeway, Louisiana
- Kuljettaa: Neljä liikennekaistaa
- Ylittää: Järvi Pontchartrain
- Sijainti: Metairie ja Mandeville, Louisiana
- Rakennustyöt: Pituus: 38,442 km (23,87 mi)
- Korkeus: 15 ft
- Valmistui:
Pitkät, monimutkaisemmat palkkisillat rakennetaan käyttämällä useita palkkipalkkeja, jotka ovat rivissä vierekkäin ja joiden yläpuolella on kansi. Pääpalkit voivat olla I-palkkeja (tunnetaan myös nimellä H-palkit), ristikoita tai laatikkopalkkeja. Ne voivat kulkea sillan puolivälissä tai koko sillan pituudelta.
Palkkisiltoja käytetään jalankulkijoiden, henkilöautojen, kuorma-autojen ja rautatielinjojen kuljettamiseen rajoitettujen etäisyyksien yli. Niitä käytetään usein monorail- ja korotetuissa liikennejärjestelmissä. Ne ovat myös arvokkaita kuljetettaessa lyhyitä etäisyyksiä koteihin, eristyneisiin yhteisöihin ja aluerakennuksiin.
Vihje: Monet palkkisillat ovat historiallisia rakenteita, ja on olemassa rajoituksia sille, miten yleishyödyllisiä laitoksia voidaan kuljettaa niiden yli. Connecticutin osavaltio, jossa on monia tällaisia historiallisia siltoja, tarjoaa ohjeita siitä, miten tätä asiaa käsitellään.
#2 – Palkkisilta
Francis Scott Key Bridge – Baltimore, Maryland
- Kuljettaa: Neljä liikennekaistaa
- Ylittää: Patapsco River
- Sijainti: Patapsco River
- Patapsco River
- Patapsco River
- Patapsco River Paikkakunta: Baltimore, Maryland
- Rakennus: Baltimore, Maryland
- Rakennettu: Pituus: 8,636 jalkaa
- Korkeus: 185 jalkaa
- Valmistui:
Ristikkosillassa on näkyvä ristikko, joka on kolmionmuotoisia yksiköitä muodostavista yhdistetyistä elementeistä koostuva rakenne. Ristikkoa käytetään, koska se on erittäin jäykkä rakenne, joka siirtää kuorman sillan yhdestä kohdasta paljon laajemmalle alueelle. Ristikkosilloilla voidaan ylittää pidempiä jännevälejä kuin peruspalkkisilloilla.
Tyypillisen ristikkosillan rakenne.
Ristikkosillat ilmestyivät hyvin varhain modernien siltojen historiassa. Ne ovat suhteellisen edullisia rakentaa, koska ne käyttävät materiaaleja tehokkaasti.
Trussisillat rakennettiin 1800-luvun alussa enimmäkseen puusta, ja ne siirtyivät hitaasti rautarakenteisiin vuosisadan puoliväliin mennessä. Teräksestä tuli standardi 1880-luvulla. Jotkin osavaltiot jatkoivat teräksisten ristikkosiltojen rakentamista 1930-luvulle asti, kun taas toiset luopuivat niistä aikaisemmin ja valitsivat sen sijaan betonipalkki- ja palkkisiltojen rakentamisen.
Esimerkkejä näistä silloista on edelleen eri puolilla Yhdysvaltoja, mutta niiden määrä on vähenemässä, koska niitä puretaan ja korvataan nykyaikaisemmilla siltatyypeillä. Jotkin ristikkosillat ovat erittäin yksinkertaisia ja käytännöllisiä, kun taas toisissa käytetään hienostuneempia suunnittelun yksityiskohtia.
Historian saatossa insinöörit ovat kokeilleet erilaisia ristikkosiltamuotoja ja yrittäneet löytää parempia tapoja ratkaista tiettyjä ongelmia. Ristikkosillassa voi olla kansi tai tienpohja ylhäällä (kansiristikko), keskellä (läpivientiristikko) tai ristikon alapuolella. Jos ristikon sivut ulottuvat tiepohjan yläpuolelle, mutta eivät ole yhteydessä toisiinsa, sitä kutsutaan poniristikoksi tai puoliksi läpimeneväksi ristikkoristikoksi.
Ristikkosiltojen yli kulkevat jalankulkijat, henkilöautot, kuorma-autot, kevytrautatiet ja raskasrautatiet. Niitä käytetään yleensä pikemminkin jokien kuin teiden ylittämiseen. Ristikkosiltoja on historiallisesti käytetty veden ja jäteveden kuljettamiseen putkien kautta jännevälien yli. Vuosien mittaan on lisätty myös sähkö- ja kaapelilinjoja. Suuri osa tästä yleishyödyllisestä infrastruktuurista on vanhentunut, ja vaikka siltaa ei uusittaisikaan, yleishyödyllisiä linjoja on usein vaihdettava.
Huomautus: On tärkeää käyttää turvallisia laitteita, jotka on suunniteltu erityisesti siltojen alapuoliseen kunnossapitoon, kun vanhenevaa yleishyödyllistä infrastruktuuria päivitetään ristikkosiltojen alla. Tutustu näihin esimerkkeihin.
#3 – Konsolisilta
Ed Koch Queensboron silta – New York City
- Kannattaa: Kymmenen liikennekaistaa, neljä ylempää, kuusi alempaa, sekä kaistat jalankulkijoille & polkupyöräilijöille
- Ylittää: East River
- Sijainti: New York City (Manhattanista Queensiin)
- Rakennustyöt: Pituus: 3,724 jalkaa
- Korkeus: 130 jalkaa
- Valmistui: Nämä siltatyypit on rakennettu käyttäen konsoleita, jotka ovat vaakasuoraan tilaan ulottuvia rakenteita, jotka on tuettu vain toisesta päästä. Pienissä kävelysilloissa kannakkeet voivat olla yksinkertaisia palkkeja. Suuremmissa tie- tai rautatieliikenteeseen suunnitelluissa konsolisilloissa käytetään rakenneteräksestä rakennettuja ristikkorakenteita tai esijännitetystä betonista rakennettuja laatikkopalkkeja.
Konsolisillan rakenne.
Teräksiset ristikkokannattajasillat olivat suuri tekninen läpimurto 1800-luvulla, sillä ne voivat ylittää yli 1 500 jalan pituisia etäisyyksiä, ja ne on helpompi rakentaa vaikeisiin ylityskohtiin, kuten valtateille, syville vesiväylille tai asutuille alueille, ja niissä käytetään vain vähän tai ei lainkaan maanpäällisiä tukia.
Insinöörit rakentavat pidempiä kannattajasiltoja lisäämällä lisää tukia. Näin kuorma jakautuu niiden kesken, mikä auttaa saavuttamaan suuremman pituuden.
Kannattajasillat voidaan rakentaa ilman alapuolella olevia välipohjia ja yläpuolella olevia tukitorneja ja kaapeleita. Tämä rakentamisen yksinkertaisuus on yksi niiden suurista eduista. Ne ovat myös rakenteeltaan hyvin jäykkiä, joten ne pystyvät kantamaan suhteellisen suuria kuormia, mukaan lukien rautatielinjoja, mikä on näiden siltojen yleinen käyttötarkoitus.
Monet näistä silloista kantavat jänneväliensä poikki yleishyödyllisiä laitoksia tiheillä kaupunkialueilla. Tutustu tähän esimerkkiin suuresta hankkeesta, jossa koordinoitiin erilaisten yleishyödyllisten laitosten, kuten valokuituverkkojen, kaasun, veden, laajojen sadevesi- ja jätevesijohtojen sekä hallituksen turvallisten tietoliikennelinjojen asentamista samassa hankkeessa.
#4 – Kaarisilta
Kivinen kaarisilta (Stone Arch Bridge) -pohjoismainen silta – Minnesota, Minnesota
- Kantavat: Jalankulkijoita ja pyöräilijöitä
- Ylittää: 8180>
- Sijainti: Mississippi-joki
- Mississippi-joen ylittävä silta: Minneapolis, Minnesota
- Rakenne: 21 kivikaarijännettä ja yksi teräksinen kansiristikkojänneväli
- Pituus: 2,100 jalkaa
- Leveys: 28 jalkaa
- Valmistui: Kaarisilta on yksi yleisimmistä siltatyypeistä. Ne tulivat käyttöön yli 3 000 vuotta sitten ja pysyivät suosittuja aina teolliseen vallankumoukseen asti. Tuolloin teräksen, betonin ja muiden kehittyneiden materiaalien keksiminen auttoi insinöörejä kehittämään muita nykyaikaisia siltamalleja. Kaarisillat ovat kuitenkin käytössä vielä nykyäänkin, ja nykyaikaisten materiaalien avulla ne voidaan rakentaa aiempaa suuremmiksi.
Kaarisillassa on tukipilarit molemmissa päissä, ja se on muotoiltu kaarevaksi tai teräväkärkiseksi kaareksi. Kaarisiltatekniikka perustuu siihen, että sillan paino ja sen kuormat siirretään osittain vaakasuoraan työntövoimaan, jota sillan molemmilla puolilla olevat tukipilarit työntävät yhteen. Pidempi silta voidaan tehdä sarjasta kaarisiltoja, vaikka nykyään käytetään yleensä taloudellisempia vaihtoehtoja.
Yksinkertaisen kaarisillan rakenne.
Tiesitkö? Juuri kaari itsessään antaa nimisillalle sen lujuuden. Itse asiassa kivestä tehty kaari ei tarvitse laastia.
Usko tai älä, kivi- ja puukaarisilloista tuli hyvin suosittuja Rooman valtakunnan aikana. Roomalaiset insinöörit rakensivat yli 1 000 kivikaarisiltaa Eurooppaan, Aasiaan ja Pohjois-Afrikkaan. Monet näistä silloista ovat pystyssä vielä tänäkin päivänä, mikä osoittaa niiden lujuutta ja kestävyyttä. Samankaltaiset siltamaiset rakenteet olivat ensimmäisten joukossa, jotka palvelivat hyötykäyttöön liittyvää tehtävää. Niitä käytettiin veden kuljettamiseen kaupunkien ulkopuolelta kaupunkialueille, samaan tapaan kuin nykyään sillat kuljettavat putkia veden kuljettamiseksi paikasta toiseen.
Satojen kuluessa keskiaikaiset arkkitehdit paransivat aiempia malleja ja loivat kaarisiltoja, joissa oli kapeammat pilarit, ohuemmat kaaritynnyrit, teräväkärkiset kaaret ja suuremmat kaarien jännevälit. Renessanssin arkkitehdit eivät ainoastaan rakentaneet joitakin historian rakenteellisesti kestävimpiä siltoja, vaan he loivat myös joitakin kauneimmista. Rialton silta Venetsiassa on yksi tällainen esimerkki. Viimeisten 150 vuoden aikana raudasta, teräksestä ja betonista on rakennettu suurempia ja kunnianhimoisempia kaarisiltoja.
Kaarisiltojen lujuus ja kestävyys mahdollistavat sen, että niitä voidaan käyttää jalankulkijoiden, ajoneuvojen, kevyen ja raskaan raideliikenteen kuljettamiseen, ja kuten edellä mainittiin, jotkin niistä on rakennettu kuljettamaan yksinomaan vettä paikasta toiseen. Nykyaikaisten yleishyödyllisten laitosten tukemisessa kaarisillat eivät useinkaan ole tehokkaita. Tarvittavaa infrastruktuuria on mahdotonta tukea kaaren sisällä, ja sen sijoittaminen sillan sivulle voi olla rumaa ja jättää ne alttiiksi säälle.
Tosiasiassa useimmat osavaltiot tarjoavat ohjeita siitä, miten hyötylaitokset tulisi ripustaa siltoihin, ja on vaikea löytää sellaista, joka antaisi neuvoja siitä, miten se tehdään kaarisillalla, lukuun ottamatta tätä esimerkkiä Washingtonin osavaltiosta.
#5 – Riippusilta
Golden Gate -silta – San Francisco, Kalifornia
- kantaa: Kuusi kaistaa liikennettä, jalankulkijoita ja pyöräilijöitä
- Yhdistää: San Francisco ja Marin County, Kalifornia
- Rakentaminen: Pituus: 8,981 jalkaa
- Korkeus: 746 jalkaa
- Valmistui: Tässä siltatyypissä on tornien välissä riippuvaijereita ja torneista roikkuvat riippuvaijerit, jotka pitävät kannen. Riippuvaijerit on ankkuroitu sillan kumpaankin päähän, ja ne kantavat suurimman osan kuormasta.
Ripustussillan rakenne.
Tämän päivän monimutkaiset riippusillat ovat kehittyneet yksinkertaisista, 1400-luvulta peräisin olevista versioista. Niissä oli kantavia kaapeleita mutta ei torneja. Yksinkertaisimpia riippusiltoja ovat köysi-, verkko- ja muut kudotut sillat.
Yhdysvaltojen ensimmäinen modernin tyylin riippusilta rakennettiin Pennsylvaniaan vuonna 1801. Vuosien mittaan riippusilloista tuli suosittuja, koska ne kattoivat laajoja aukkoja, joita muut sillat eivät pystyneet kattamaan. Lisäksi niiden rakentaminen on edullisempaa, koska niissä käytetään vähemmän materiaalia kuin useimmissa muissa silloissa.
Jousisillat ovat maanjäristyksenkestävämpiä kuin käytännössä mikään muu siltatyyppi. Lisäksi niitä on helppo päivittää, jotta saadaan tilaa leveämmille ajoneuvoille tai lisäliikennekaistoille. Ripustussiltoihin on myös suhteellisen helppo ripustaa pitkien etäisyyksien päähän hyötykaapeleita ja voimalinjoja.
Miinukset: Rakenteet ovat yleensä hyvin jäykkiä, jotta ne kestävät kovia tuulia, ja useimmat niistä eivät kestä junien raskasta painoa. Tarvitaan usein erityisiä ripustimia, jotta yleishyödyllinen infrastruktuuri voidaan tukea monimutkaisilta riippusiltatyypeiltä.
#6 – Sidottu kaarisilta
Fremontin silta – Portland, Oregon
- Kantavat: Neljä kaistaa, kaksi kerrosta liikennettä
- Ylittää: Willamette-joen ja katuja
- Sijainti: Paikkakunta: Portland, Oregon
- Rakennustyö: Rakenne: Sidottu kaarisilta
- Pituus: 2 154 jalkaa
- Korkeus: 381 jalkaa
- Valmistui: Sidoskaarisilta (jota kutsutaan myös jousikaari- tai jousipalkkisillaksi) on siltatyyppi, jossa on kaarikylki molemmin puolin ajorataa (kantta) ja yksi tukipalkki kummassakin kantta tukevassa kaaressa. Kaariin liitetyt pystysuorat siteet tukevat kantta yläpuolelta.
Sidotun kaarisillan rakenne.
Tätä siltatyyppiä voidaan pitää kaari- ja riippusillan risteytyksenä. Yhdistetyn rakennustavan ansiosta silta voidaan rakentaa vähemmän tilaa vievillä perustuksilla kuin kaarisillat, mikä tarkoittaa, että ne ovat hyvä vaihtoehto vaikeissa paikoissa, joissa tarvitaan korotettuja pilareita, tai paikoissa, joissa maaperä on epävakaa. Kaarirakenteen ansiosta ne soveltuvat erinomaisesti tilanteisiin, joissa silta on rakennettava muualla kuin työmaalla, toimitettava ja liu’utettava paikoilleen paikan päällä. Tämä ei ole mahdollista riippusilloilla.
Sidotuilla kaarisilloilla voi olla monia etuja, mutta ne eivät ole täydellisiä. Ne vaativat hitsauksia kaaren kylkiluun ja sidospalkkien välisessä liitoksessa sekä kaaren ja pystysidosten välisessä liitoksessa. Nämä hitsit on korjattava säännöllisesti, mikä voi olla kallista, aikaa vievää ja hankalaa. Tämäntyyppisten siltojen rakentaminen ja suunnittelu on ei-redundanttia, mikä tarkoittaa, että jos yksikin kahdesta tukipalkista pettää, koko rakenne romahtaa. Lopuksi sidotut kaarisillat ovat kalliimpia rakentaa verrattuna muihin samanpituisiin siltatyyppeihin.
Tämän siltatyypin yksinkertaisen rakenteen ansiosta ne soveltuvat hyvin käyttövesiputkien ja kaapeleiden kannattamiseen.
#7 – Köysirakenteinen silta
Bob Graham Sunshine Skyway -silta – Tampa Bay, Florida
- Kannattaa: Neljä liikennekaistaa
- Ylittää: Tampa Bay, Florida
- Rakentaminen: Ensisilmäyksellä köysirakenteinen silta saattaa näyttää riippusillan muunnelmalta, mutta ne ovat rakenteellisesti erilaisia. Toisin kuin riippusillat, köysisillat eivät vaadi kiinnityksiä, eikä kahta tornia tarvita. Sen sijaan kaapelit voivat kulkea ajoradalta yhteen torniin, joka kantaa kaiken painon.
Vaijerikaarisillan rakenne.
Vaijerikaarisillan perussuunnittelu juontaa juurensa lähes 500 vuoden takaa. Nykyaikaisia versioita alettiin rakentaa Euroopassa toisen maailmansodan jälkeen sodan aikana vaurioituneiden siltojen kustannustehokkaina korvaajina.
Vaijerikaapelisillan torni vaimentaa ja jakaa kaikki sillan puristusvoimat. Kaapelit voivat kiinnittyä ajorataan eri kuvioilla. Esimerkiksi säteittäisessä kuviossa kaapelit ulottuvat useista tien pisteistä yhteen pisteeseen tornissa. Samansuuntaisessa kuviossa kaapelit kiinnittyvät sekä ajorataan että torniin useista eri kohdista.
Tänä päivänä kaapelisillat ovat suosittu valinta, koska ne tarjoavat kaikki riippusiltojen edut, mutta lyhyemmillä jänneväleillä ne ovat edullisempia. Ne vaativat vähemmän teräskaapeleita, ovat nopeampia rakentaa ja sisältävät enemmän betonielementtejä. Joidenkin tällaisten siltojen mallit voivat tarjota merkittävän wow-tekijän.
Johtopäätökset
Kullakin siltatyypillä on erilainen käyttötarkoitus, ja niitä voidaan käyttää erilaisten aukkojen ja esteiden ylittämiseen. Sillat ovat kuitenkin enemmän kuin pelkkiä käyttöesineitä. Ne ovat myös insinööritieteellisiä ihmeitä ja kauneusesineitä. Toivomme, että tämä yleiskatsaus auttaa sinua arvostamaan enemmän niiden siltojen yksityiskohtia, jotka ylität joka päivä.
Jos haluat vielä enemmän silta-arvostusta, tutustu kirjoitukseemme Amerikan suurimmista silloista.
