A hidak olyannyira gyakori részei a mindennapi életnek, hogy gyakran természetesnek vesszük őket. Akár autóval, akár gyalog, akár vonattal utazunk, lehetővé teszik számunkra, hogy átkelhessünk víztömegeken, völgyeken, utakon és más geológiai és ember alkotta akadályokon. Ugyanilyen fontos, hogy lehetővé teszik a létfontosságú közművezetékek, köztük kábelek és csővezetékek áthidalását is ezeken az akadályokon.
Nézzünk meg néhány gyakori hídkialakítást, hogyan fejlődtek az évszázadok során, és milyen célt szolgálnak az egyes kialakítások. Ha már itt tartunk, lépjünk hátra, és csodáljunk meg néhány figyelemre méltó példát mindegyikből. Ez segíthet önnek és ügyfeleinek új megvilágításban látni a hidakat.
#1 – Gerendahíd
A gerendahidakat általában a legegyszerűbb hídformának tartják. Mennyire egyszerűnek? Amikor az ősemberek rönköket fektettek patakok fölé, hogy átkeljenek rajtuk, a legkorábbi gerendahidakat építették.
Ezek az egyszerű hidak általában viszonylag rövid távolságokat hidalnak át. Egy gerendahíd (más néven gerendahíd) építéséhez mindössze egy merev vízszintes szerkezetre (egy gerendára) és két támaszra (egy-egy végére) van szükség, amelyekre támaszkodhat. Ezek tartják a híd lefelé irányuló súlyát és a rajta áthaladó forgalmat.
A legegyszerűbb gerendahíd lehet egy keskeny patak vagy patak fölé fektetett rönk, fadeszka vagy kőlap. A bonyolultabbakat általában acélból vagy betonból vagy a kettő kombinációjából építik. A betonelemek lehetnek megerősítettek, előfeszítettek vagy utófeszítettek.
Egy tipikus gerendahíd szerkezete.
A súly megtartása során a gerendahíd nyomó- és húzófeszültséget egyaránt elvisel.
Hogy megértse, hogyan működik ez, gondoljon erre az egyszerű modellre, vagy próbálja ki a garázsában. Képzeljük el, hogy fogunk egy deszkát, és két tégla tetejére fektetjük. Ez egy egyszerű gerendahíd. Ha egy nehéz súlyt helyeznénk a deszka közepére, az meghajlana. A felső oldal a nyomóerő hatására behajlana, az alsó oldal pedig a húzóerő hatására kihajlana. Ha elég súlyt adunk hozzá, a “híd” végül eltörik. A felső oldal meghajolna, az alsó pedig elpattanna.
Ezzel a példával megérthetjük, milyen tényezőket kell egy mérnöknek figyelembe vennie egy híd tervezésekor.
A gerendahidakat általában viszonylag rövid távolságok (általában kevesebb mint 250 láb) átkelésére használják, mivel más hídtípusokkal ellentétben nincsenek beépített támaszaik. Az egyetlen támasztékot a pillérek biztosítják. Minél távolabb vannak egymástól a támaszok, annál gyengébb lesz egy gerendahíd. Ez nem jelenti azt, hogy a gerendahidak nem használhatók nagyobb távolságok áthidalására, egyszerűen csak azt igényli, hogy gerendahidak sorozatát kell összekötni, létrehozva az úgynevezett folyamatos fesztávolságot.
Lake Pontchartrain Causeway, Louisiana
- Hordoz: Négy sávos forgalmat
- Keresztezi: Pontchartrain-tó
- Helyszín: Pontchartrain-tó
- Áthalad a Pontchartrain-tó felett: Metairie és Mandeville, Louisiana
- Helyszín: Metairie és Mandeville, Louisiana
- Építési munkálatok: Hosszúság: 38,442 km (23,87 mi)
- Magasság: 15 ft
- Befejeződött:
A hosszabb, bonyolultabb gerendahidak több, egymás mellett sorakozó gerendából épülnek, amelyek tetején egy fedélzet húzódik. A főgerendák lehetnek I gerendák (más néven H gerendák), fagerendák vagy dobozgerendák. Ezek futhatnak a híd felénél vagy teljes hosszában.
A gerendahidakat arra használják, hogy gyalogosokat, személygépkocsikat, teherautókat és vasútvonalakat szállítsanak korlátozott távolságon át. Gyakran használják őket egysínes és emeltvasúti közlekedési rendszerekhez. Értékesek a közműkábelek és csővezetékek rövid távolságokon történő szállítására is az otthonokhoz, elszigetelt közösségekhez és alövezetekhez.
Tipp: Sok gerendahíd történelmi építmény, és korlátok vannak arra vonatkozóan, hogy a közműveket hogyan lehet átvinni rajtuk. Connecticut állam, amely számos ilyen történelmi hídnak ad otthont, iránymutatást ad arra vonatkozóan, hogyan kell ezt kezelni.
#2 – Gerendahíd
Francis Scott Key híd – Baltimore, Maryland
- Hordoz: Négy sávos forgalmat bonyolít le
- Keresztezi a hidat: Hosszúság: 8,636 láb
- Magasság: 185 láb
- Befejeződött: A fürtös híd jellemzője a kiemelkedő fürtös, amely egy háromszög alakú egységeket alkotó, összekapcsolt elemekből álló szerkezet. A gerendavázat azért használják, mert ez egy nagyon merev szerkezet, amely a terhelést a híd egyetlen pontjáról egy sokkal szélesebb területre viszi át. A rácsos hidak nagyobb fesztávolságokat képesek áthidalni, mint az egyszerű gerendahidak.
Egy tipikus rácsos híd szerkezete.
A rácsos hidak nagyon korán megjelentek a modern hidak történetében. Építésük viszonylag gazdaságos, mert hatékonyan használják fel az anyagokat.
A fagerendás hidakat az 1800-as évek elején főként fából építették, majd a század közepére lassan áttértek a vasszerkezetűekre. Az 1880-as évekre az acél vált általánossá. Egyes államok az 1930-as évekig folytatták az acélszerkezetű rácsos hidak építését, míg mások hamarabb felhagytak velük, és helyette a beton gerenda- és gerendahidak építését választották.
Ezekre a hidakra még mindig vannak példák szerte az Egyesült Államokban, de számuk egyre csökken, mert lebontják őket, és modernebb hídtípusokkal helyettesítik. Egyes rácsos hidak rendkívül egyszerűek és haszonelvűek, míg mások bonyolultabb tervezési részleteket alkalmaznak.
A történelem során a mérnökök a rácsos hidak különböző formáival kísérleteztek, hogy jobb megoldásokat találjanak bizonyos problémákra. A gerendahídnak lehet fedélzete vagy útalapja a tetején (fedélzeti gerenda), középen (átmenő gerenda) vagy a gerenda alján. Ha a gerendahíd oldalai az úttest fölé nyúlnak, de nincsenek összekötve, akkor a gerendahidat pony trussnak vagy félig átmenő gerendának nevezik.
A gerendahidakon gyalogosok, személygépkocsik, teherautók, kisvasút és nehézvasút halad át. Általában inkább folyók, mint utak áthidalására használják őket. A gerendahidakat történelmileg arra használták, hogy vizet és szennyvizet csöveken keresztül vezessenek át a fesztávokon. Az évek során elektromos és kábelvezetékeket is hozzáadtak. E közmű-infrastruktúra nagy része elöregedett, és még ha a hidat nem is cserélik ki, a közművezetékeket gyakran ki kell cserélni.
Figyelem: Fontos, hogy kifejezetten a híd alatti karbantartáshoz tervezett, biztonságos berendezéseket használjunk, amikor a gerendahidak alatti elöregedő közmű-infrastruktúrát korszerűsítjük. Nézze meg ezeket a példákat.
#3 – konzolos híd
Ed Koch Queensboro híd – New York City
- Hordoz: Tíz forgalmi sáv, négy felső, hat alsó, plusz sávok a gyalogosoknak & kerékpárosoknak
- Keresztben: New York City (Manhattan és Queens között)
- Helyszín: New York City (Manhattan és Queens között)
- Építési munkálatok: Hosszúság: 3,724 láb
- Magasság: 130 láb
- Befejeződött: Az ilyen típusú hidakat konzolok segítségével építik, amelyek olyan szerkezetek, amelyek vízszintesen kiállnak a térbe, és csak az egyik végükön vannak megtámasztva. Kisebb gyaloghidaknál a konzolok egyszerű gerendák is lehetnek. A nagyobb, közúti vagy vasúti forgalom lebonyolítására tervezett konzolos hidak szerkezeti acélból épített gerendákat vagy feszített betonból épített dobozgerendákat használnak.
Konzolos híd szerkezete.
Az acél tartógerendás konzolos hidak az 1800-as években jelentős mérnöki áttörést jelentettek, mivel több mint 1500 lábnyi távolságot is át tudnak hidalni, és könnyebben megépíthetők nehéz átkelőhelyeken, például autópályákon, mély vízfolyásokon vagy lakott területeken, kevés vagy semmilyen földi támasz felhasználásával.
A mérnökök több támasz hozzáadásával hosszabb konzolos hidakat építenek. Ezáltal a teher eloszlik közöttük, ami segít a nagyobb hossz elérésében.
A konzolos hidak alul álszerkezet, felül pedig tartó tornyok és kábelek nélkül is megépíthetők. Ez az építési egyszerűség az egyik nagy előnyük. Emellett nagyon merev felépítésűek, így viszonylag nagy terheket is elbírnak, beleértve a vasútvonalakat is, ami az ilyen hidak gyakori felhasználási területe.
Sűrű városi területeken sok ilyen híd közműveket visz át a fesztávolságukon. Nézze meg ezt a példát egy olyan nagyszabású projektre, amely összehangolta a különböző közművek, köztük üvegszálas hálózatok, gáz, víz, kiterjedt csapadékvíz, szennyvíz és kormánybiztos kommunikációs vezetékek telepítését egyetlen projekt keretében.
#4 – Boltíves híd
Kő boltíves híd – Minneapolis, Minnesota
- Hordoz: Gyalogosokat és kerékpárosokat
- Keresztülmegy: Keresztül a Mississippi folyón
- Helyszín: Mississippi folyó: Helyszín: Minneapolis, Minnesota
- Felépítés: 21 kőboltozatos és egy acél fedélzeti gerenda
- Hosszúság: 2,100 láb
- Szélesség: 28 láb
- Befejeződött: A boltíves híd az egyik legelterjedtebb hídtípus. Több mint 3000 évvel ezelőtt kerültek használatba, és egészen az ipari forradalomig népszerűek maradtak. Ekkoriban az acél, a beton és más fejlett anyagok feltalálása segített a mérnököknek más modern hídtervek kifejlesztésében. Az ívhidakat azonban még ma is használják, és a modern anyagok segítségével a korábbinál nagyobb méretűek is építhetők.
Az ívhíd mindkét végén támpillérekkel rendelkezik, és íves vagy csúcsíves alakú. Az ívhídépítés alapja, hogy a híd súlyát és terheléseit részben a híd két oldalán lévő támaszpontok által visszatolt vízszintes tolóerőbe helyezik át. Egy hosszabb híd ívhidak sorozatából is készülhet, bár ma jellemzően gazdaságosabb lehetőségeket alkalmaznak.
Egy egyszerű ívhíd szerkezete.
Tudta? Maga az ív adja a névadó híd erejét. Egy kőből készült ívhez ugyanis nincs szükség habarcsra.
Hiszed vagy sem, a kő- és fából készült ívhidak a Római Birodalom idején váltak nagyon népszerűvé. A római mérnökök több mint 1000 kőíves hidat építettek Európában, Ázsiában és Észak-Afrikában. Sok ilyen híd még ma is áll, bizonyítva erejüket és tartósságukat. A hasonló hídszerű szerkezetek az elsők között szolgáltak közüzemi funkciót. Arra használták őket, hogy vizet szállítsanak a városokon kívülről a városi területekbe, hasonlóan ahhoz, ahogyan ma a hidak csövek segítségével szállítják a vizet egyik helyről a másikra.
Az évszázadok múlásával a középkori építészek továbbfejlesztették a korábbi terveket, keskenyebb pillérekkel, vékonyabb ívhordókkal, csúcsívekkel és megnövelt ívtávolsággal rendelkező ívhidakat alkottak. A reneszánsz építészek nemcsak a történelem szerkezetileg legmegbízhatóbb hídjait építették meg, hanem a legszebbeket is. A velencei Rialto-híd az egyik ilyen példa. Az elmúlt 150 évben nagyobb és ambiciózusabb ívhidakat építettek vasból, acélból és betonból.
Az ívhidak szilárdsága és tartóssága lehetővé teszi, hogy gyalogosok, járművek, könnyű- és nehézvasutak szállítására használják őket, és mint említettük, néhányat arra is építettek, hogy kizárólag vizet szállítsanak egyik helyről a másikra. Amikor a modern közművek hordozásáról van szó, az ívhidak gyakran nem hatékonyak. Lehetetlen a szükséges infrastruktúrát az ívben megtámasztani, és a híd oldala mentén történő elhelyezésük csúnya lehet, és az időjárásnak kitéve hagyja őket.
Tény, hogy a legtöbb állam ad útmutatást arra vonatkozóan, hogyan kell a közműveket a hidakra felfüggeszteni, és nehéz olyat találni, amelyik arra vonatkozóan ad tanácsot, hogyan kell ezt egy ívhídon megtenni, kivéve ezt a példát Washington államból.
#5 – Függőhíd
Golden Gate Bridge – San Francisco, Kalifornia
- Hordoz: Hat sávos forgalmat, gyalogosokat és kerékpárosokat
- Összeköt: San Francisco és Marin megye, Kalifornia
- Építési munkálatok: Hosszúság: 8,981 láb
- Magasság: 746 láb
- Befejeződött: Ez a hídtípus a tornyok közötti függőkábelekkel és a tornyokról lelógó függesztőkábelekkel rendelkezik, amelyek a fedélzetet tartják. A függőkábeleket a híd mindkét végén rögzítik, és ezek viselik a teher nagy részét.
A függőhíd szerkezete.
A mai összetett függőhidak a XV. századból származó egyszerű változatokból fejlődtek ki. Ezek teherhordó kábelekkel rendelkeztek, de tornyok nélkül. A legegyszerűbb függőhidak közé tartoznak a kötél-, háló- és egyéb fonott hidak.
Az első modern stílusú függőhidat az Egyesült Államokban 1801-ben építették Pennsylvaniában. Az évek során a függőhidak azért váltak népszerűvé, mert olyan széles szakadékokat hidaltak át, amelyeket más hidak nem tudtak. Ráadásul olcsóbb az építésük, mert kevesebb anyagot használnak fel, mint a legtöbb más híd.
A függőhidak földrengésbiztosabbak, mint gyakorlatilag bármely más hídtípus. Ráadásul könnyen korszerűsíthetőek, hogy helyet adjanak szélesebb járműveknek vagy további forgalmi sávoknak. Viszonylag könnyen felfüggeszthetők közműkábelek és elektromos vezetékek is nagy távolságokra egy függőhídon.
A negatívumok: a szerkezet általában nagyon merev, hogy ellenálljanak a nagy szélnek, és a legtöbbjük nem bírja a vonatok nagy súlyát. Gyakran speciális függesztőkre van szükség ahhoz, hogy a közmű-infrastruktúrát az összetett típusú függőhidakról le lehessen támasztani.
#6 – Kötött ívű híd
Fremont Bridge – Portland, Oregon
- Hordoz: Négy sávos, kétszintes forgalom
- Keresztezi a hidat: Willamette folyó és utcák
- Elhelyezkedés: A Willamette folyó és az utcák között: Helyszín: Portland, Oregon
- Helyszín: Portland, Oregon
- Építési munkálatok: Hosszúság: 2,154 láb
- Magasság: 381 láb
- Befejeződött: A kötött ívű híd (más néven íves ívű vagy íves gerendahíd) olyan hídtípus, amely az útpálya (fedélzet) mindkét oldalán egy-egy ívbordával és a fedélzetet tartó ívek mindegyikén egy-egy kötőgerendával rendelkezik. Az ívekhez csatlakozó függőleges támasztógerendák felülről támasztják a fedélzetet.
Kötött ívű híd szerkezete.
Ezt a hídtípust úgy lehet elképzelni, mint az ívhíd és a függőhíd keresztezését. A kombinált építési stílus lehetővé teszi, hogy a híd kevésbé terjedelmes alapozással épüljön, mint az ívhidak, ami azt jelenti, hogy nagyszerű választás olyan nehéz helyszíneken, ahol magasított pillérekre van szükség, vagy olyan helyeken, ahol a talaj instabil. Az ívszerkezet ideális olyan helyzetekben, amikor a hidat a helyszínen kívül kell megépíteni, leszállítani és a helyszínen a helyére csúsztatni. Ez a függőhidaknál nem lehetséges.
A függőíves hidaknak sok előnyük lehet, de nem tökéletesek. Hegesztésekre van szükség az ívborda és a kötőgerendák közötti csatlakozásnál, valamint az ív és a függőleges kötőelemek közötti csatlakozásnál. Ezeket a hegesztési varratokat rendszeresen javítani kell, ami költséges, időigényes és kényelmetlen lehet. Az ilyen típusú hidak építése és kialakítása nem redundáns, ami azt jelenti, hogy ha a két tartógerenda közül akár csak az egyik is meghibásodik, az egész szerkezet összeomlik. Végül, a kötött ívű hidak építése drágább, mint az azonos hosszúságú más hídtípusoké.
Az ilyen típusú hidak egyszerű szerkezete miatt alkalmasak közművezetékek és kábelek hordozására.
#7 – Kábeles híd
Bob Graham Sunshine Skyway Bridge – Tampa Bay, Florida
- Hordoz: Négy forgalmi sávot
- Keresztezi a hidat: Tampa Bay, Florida
- Építési munkálatok: Hosszúság: 1,1 mérföld
- Magasság: 430 láb
- Befejeződött: Első pillantásra a kábeles híd a függőhíd változatának tűnhet, de szerkezetileg különböznek egymástól. A függőhidakkal ellentétben a kábeles hidaknál nincs szükség rögzítésre, és nincs szükség két toronyra. Ehelyett a kábelek az úttesttől egészen egy toronyig futhatnak, amely az összes súlyt megtartja.
A kábeles híd szerkezete.
A kábeles híd alapkonstrukciója közel 500 éves múltra tekint vissza. Modern változatait a II. világháború után kezdték építeni Európában, a háborúban megsérült hidak költséghatékony pótlásaként.
A kábeles híd tornya elnyeli és elosztja a híd összes nyomóerejét. A kábelek különböző mintázatokban kapcsolódhatnak az úttesthez. Például sugárirányú mintázatban a kábelek az út több pontjából egyetlen pontba, a toronyba nyúlnak. Párhuzamos elrendezésben a kábelek az úttesthez és a toronyhoz is több külön ponton kapcsolódnak.
A kábeles pillérhidak napjainkban népszerűek, mivel a függőhidak minden előnyét kínálják, de rövidebb fesztávolságok esetén kisebb költséggel. Kevesebb acélkábelt igényelnek, gyorsabban megépíthetők, és több előregyártott betonszelvényt tartalmaznak. Néhány ilyen híd tervei jelentős wow-faktort kínálhatnak.
Következtetés
Minden hídtípus más-más célt szolgál, és különböző típusú rések és akadályok áthidalására használható. A hidak azonban több mint egyszerű használati tárgyak. Mérnöki csodák és szépségek is. Reméljük, hogy ez az áttekintés segít még jobban értékelni a hidak részleteit, amelyeken nap mint nap áthaladunk.
Ha még több hídra kíváncsi, nézze meg a Legnagyobb amerikai hidakról szóló írásunkat.
