Bruggen zijn zo’n gewoon onderdeel van het dagelijks leven dat ze vaak als vanzelfsprekend worden beschouwd. Of we nu autorijden, lopen of met de trein reizen, ze maken het mogelijk om water, valleien, wegen en andere geologische en door de mens gemaakte barrières te passeren. Even belangrijk, ze maken het mogelijk dat vitale nutsleidingen, waaronder kabels en pijpleidingen, deze barrières ook kunnen overbruggen.
Laten we eens kijken naar een aantal veel voorkomende brugontwerpen, hoe ze door de eeuwen heen zijn geëvolueerd, en het doel dat elk ontwerp dient. Terwijl we toch bezig zijn, nemen we een stap terug en bewonderen een paar opmerkelijke voorbeelden van elk. Het kan u en uw klanten helpen bruggen in een nieuw licht te zien.
#1 – Beam bridge
Beam bridges are generally considered the simplest form of bridge. Hoe eenvoudig? Toen holbewoners boomstammen over beken legden om ze over te steken, bouwden ze de vroegste balkbruggen.
Deze basisbruggen overbruggen doorgaans relatief korte afstanden. Om een balkbrug (ook wel liggerbrug genoemd) te bouwen, heb je alleen een stijve horizontale structuur (een balk) nodig en twee steunpunten, één aan elk uiteinde, om hem op te laten rusten. Deze dingen ondersteunen het neerwaartse gewicht van de brug en het verkeer dat eroverheen rijdt.
De eenvoudigste balkbrug kan een boomstam, houten plank of stenen plaat zijn die over een smalle beek of stroom wordt gelegd. Gecompliceerdere bruggen zijn meestal gemaakt van staal of beton of een combinatie van beide. De betonnen elementen kunnen gewapend, voorgespannen of nagespannen zijn.
Structuur van een typische balkbrug.
Bij het dragen van gewicht ondergaat een balkbrug zowel druk- als trekspanning.
Om te begrijpen hoe dit werkt, kunt u denken aan dit eenvoudige model of het in uw garage uitproberen. Stel je voor dat je een plank neemt en die boven op twee bakstenen legt. Dit is een eenvoudige balkbrug. Als u een zwaar gewicht in het midden van de plank zou plaatsen, zou hij buigen. De bovenkant zou naar binnen buigen door de drukkracht, en de onderkant zou naar buiten buigen door de trekkracht. Voeg genoeg gewicht toe, en de “brug” zou uiteindelijk breken. De bovenkant zou knikken en de onderkant zou breken.
Met dit voorbeeld begrijp je de factoren waarmee een ingenieur rekening moet houden bij het ontwerpen van een brug.
Liggerbruggen worden over het algemeen gebruikt om relatief korte afstanden te overbruggen (meestal minder dan 250 voet) omdat ze, in tegenstelling tot andere soorten bruggen, geen ingebouwde steunpunten hebben. De enige steunpunten worden gevormd door pijlers. Hoe verder de steunpunten uit elkaar staan, hoe zwakker een balkbrug wordt. Dit betekent niet dat balkbruggen niet kunnen worden gebruikt om langere afstanden te overbruggen, maar het vereist dat een serie balkbruggen aan elkaar moet worden gekoppeld, zodat een zogenaamde doorlopende overspanning ontstaat.
Lake Pontchartrain Causeway, Louisiana
- Draagt: Vier rijstroken
- Kruist: Lake Pontchartrain
- Plaats: Metairie en Mandeville, Louisiana
- Bouw: Doorgaande balkbrug
- Lengte: 23,87 mi (38,442 km)
- Hoogte: 15 ft
- Voltooid: 1956 (in zuidelijke richting), 1969 (in noordelijke richting)
Langere, complexere liggerbruggen worden gebouwd met veel liggers naast elkaar met een dek over de bovenkant. De hoofdliggers kunnen I-liggers (ook bekend als H-liggers), vakwerkliggers of kokerliggers zijn. Ze kunnen halverwege de brug of over de volle lengte lopen.
Liggerbruggen worden gebruikt om voetgangers, auto’s, vrachtwagens, en spoorlijnen over beperkte afstand overspanningen te vervoeren. Zij worden vaak gebruikt voor monorail en verhoogde doorvoersystemen. Zij zijn ook waardevol voor het vervoeren van nutskabels en pijpleidingen over korte afstanden aan huizen, geïsoleerde gemeenschappen, en subdivisions.
Hint: Vele straalbruggen zijn historische structuren, en er zijn beperkingen wat betreft hoe de nutsvoorzieningen over hen kunnen worden vervoerd. De staat Connecticut, waar veel van dergelijke historische bruggen zijn, biedt richtlijnen over hoe hiermee moet worden omgegaan.
#2 – Vakwerkbrug
Francis Scott Key Bridge – Baltimore, Maryland
- Voer: Vier rijstroken
- Oversteken: Patapsco River
- Plaats: Baltimore, Maryland
- Constructie: Stalen boogvormige doorgaande vakwerkbrug
- Lengte: 8.636 voet
- Hoogte: 185 voet
- Voltooid: 1977
Een vakwerkbrug heeft een markant vakwerk, dat is een structuur van verbonden elementen die driehoekige eenheden vormen. Een vakwerkligger wordt gebruikt omdat het een zeer stijve structuur is die de belasting van één punt op een brug overbrengt op een veel groter gebied. Vakwerkbruggen kunnen langere overspanningen overbruggen dan basisbalkbruggen.
Structuur van een typische vakwerkbrug.
Svakwerkbruggen verschenen al heel vroeg in de geschiedenis van moderne bruggen. Ze zijn relatief goedkoop te bouwen omdat ze materialen efficiënt gebruiken.
Spantbruggen werden begin 1800 vooral van hout gebouwd en verschoven halverwege die eeuw langzaam naar de ijzeren constructie. Staal werd de norm tegen de jaren 1880. Sommige staten bleef de bouw van stalen vakwerkbruggen door de jaren 1930, terwijl anderen verlaten ze eerder, ervoor kiezen om betonnen ligger en balk bruggen instead.
Exemplaren van deze bruggen bestaan nog steeds in de Verenigde Staten, maar het aantal neemt af omdat ze worden gesloopt en vervangen door meer moderne soorten bruggen. Sommige vakwerkbruggen zijn zeer eenvoudig en utilitair, terwijl anderen meer uitgewerkte ontwerpdetails gebruiken.
Doorheen de geschiedenis experimenteerden ingenieurs met verschillende vormen van vakwerkbruggen, in een poging om betere manieren te vinden om bepaalde problemen op te lossen. Een vakwerkbrug kan een dek of wegbed bovenop (dekspant), in het midden (doorgaand vakwerk), of aan de onderkant van het vakwerk hebben. Als de zijkanten van het vakwerk boven de rijbaan uitsteken, maar niet met elkaar verbonden zijn, wordt het een ponyspant of halfdoorgaand vakwerk genoemd.
Trussbruggen worden overspannen door voetgangers, auto’s, vrachtwagens, lightrail en heavyrail. Ze worden meestal gebruikt om rivieren overspannen in plaats van wegen. Vakwerkbruggen zijn van oudsher gebruikt om water en riolering door pijpen over de overspanningen te vervoeren. In de loop der jaren zijn er ook elektriciteits- en kabellijnen aan toegevoegd. Veel van deze nutsinfrastructuur is verouderd, en zelfs als de brug niet wordt vervangen, moeten de nutsleidingen dat vaak wel worden.
Note: Het is belangrijk om veilige apparatuur te gebruiken die speciaal is ontworpen voor onderhoud onder bruggen bij het bijwerken van verouderende nutsinfrastructuur onder vakwerkbruggen. Bekijk deze voorbeelden.
#3 – Cantilever brug
Ed Koch Queensboro brug – New York City
- Draagt: Tien rijstroken, vier boven, zes onder, plus rijstroken voor voetgangers & fietsers
- Oversteken: East River
- Plaats: New York City (Manhattan tot Queens)
- Bouw: Dubbeldeks cantileverbrug
- Lengte: 3.724 voet
- Hoogte: 130 voet
- Voltooid: 1909
Dit soort bruggen wordt gebouwd met behulp van cantilevers, dat zijn constructies die horizontaal in de ruimte uitsteken, slechts aan één kant ondersteund. Voor kleine voetgangersbruggen kunnen de uitkragingen eenvoudige liggers zijn. Grotere cantileverbruggen die zijn ontworpen voor weg- of spoorwegverkeer gebruiken vakwerkliggers van constructiestaal of kokerliggers van voorgespannen beton.
Structuur van een cantileverbrug.
Steel vakwerk cantilever bruggen waren een belangrijke technische doorbraak in de jaren 1800, omdat ze afstanden van meer dan 1.500 voet kunnen overbruggen en gemakkelijker kunnen worden gebouwd op moeilijke kruisingen, zoals snelwegen, diepe waterwegen, of bevolkte gebieden, met behulp van weinig of geen ondersteuning op de grond.
Ondernemers bouwen langere cantilever bruggen door meer steunen toe te voegen. Dit verdeelt de belasting over hen, die helpt bereiken grotere lengte.
Cantilever bruggen kunnen worden gebouwd zonder valse-werk onder en ondersteunende torens en kabels boven. Deze eenvoud van constructie is een van hun grote voordelen. Zij zijn ook van zeer stijve bouw, zodat zij vrij grote ladingen kunnen dragen, met inbegrip van spoorlijnen, wat een gemeenschappelijk gebruik voor deze bruggen is.
Veel van deze bruggen dragen nutsvoorzieningen over hun spanwijdten in dichtbevolkte stedelijke gebieden. Bekijk dit voorbeeld van een groot project dat de installatie van een verscheidenheid aan nutsvoorzieningen coördineerde, waaronder glasvezelnetwerken, gas, water, uitgebreid stormwater, afvalwater en door de overheid beveiligde communicatielijnen in één enkel project.
#4 – Boogbrug
Stone Boogbrug – Minneapolis, Minnesota
- Draagt: Voetgangers en fietsers
- Oversteken: Mississippi
- Plaats: Minneapolis, Minnesota
- Bouw: 21 stenen boogoverspanningen en één stalen dekspantoverspanning
- Lengte: 2.100 voet
- Breedte: 28 voet
- Voltooid: 1883
De boogbrug is een van de meest voorkomende typen bruggen. Ze werden meer dan 3000 jaar geleden in gebruik genomen en bleven populair tot de industriële revolutie. In die tijd hielp de uitvinding van staal, beton en andere geavanceerde materialen ingenieurs bij de ontwikkeling van andere moderne brugontwerpen. Boogbruggen blijven echter ook vandaag nog in gebruik, en met behulp van moderne materialen kunnen ze groter worden gebouwd dan in het verleden het geval was.
Een boogbrug heeft landhoofden aan elk uiteinde en heeft de vorm van een gebogen of spitse boog. De techniek van boogbruggen is gebaseerd op het gedeeltelijk overbrengen van het gewicht van de brug en zijn lasten in een horizontale stuwkracht die door de landhoofden aan weerszijden van de brug wordt samengedrukt. Een langere brug kan worden gemaakt van een reeks boogbruggen, hoewel tegenwoordig meestal meer economische opties worden gebruikt.
Opbouw van een eenvoudige boogbrug.
Wist u dat? Het is de boog zelf die zijn naamgevende brug zijn sterkte geeft. In feite heeft een boog van steen geen mortel nodig.
Geloof het of niet, boogbruggen van steen en hout werden zeer populair tijdens het Romeinse Rijk. Romeinse ingenieurs bouwden meer dan 1.000 stenen boogbruggen in Europa, Azië en Noord-Afrika. Veel van die bruggen staan er vandaag de dag nog steeds, wat hun sterkte en duurzaamheid aantoont. Dergelijke brugachtige structuren waren een van de eerste die een nutsfunctie hadden. Ze werden gebruikt om water van buiten steden naar stedelijke gebieden te vervoeren, vergelijkbaar met de manier waarop bruggen tegenwoordig pijpen vervoeren om water van plaats naar plaats te vervoeren.
Met het verstrijken van de eeuwen verbeterden middeleeuwse architecten eerdere ontwerpen en creëerden boogbruggen met smallere pijlers, dunnere boogvaten, spitsbogen en grotere boogoverspanningen. Renaissance-architecten bouwden niet alleen enkele van de structureel beste bruggen uit de geschiedenis, maar ook enkele van de mooiste. De Rialtobrug in Venetië is daar een voorbeeld van. In de laatste 150 jaar zijn grotere en ambitieuzere boogbruggen gebouwd van ijzer, staal en beton.
De sterkte en duurzaamheid van boogbruggen maken het mogelijk dat ze worden gebruikt om voetgangers, voertuigen, lightrail en heavyrail te vervoeren, en zoals gezegd zijn sommige bruggen gebouwd om uitsluitend water van plaats naar plaats te vervoeren. Als het gaat om het ondersteunen van moderne nutsvoorzieningen, zijn boogbruggen vaak niet effectief. Het is onmogelijk om de vereiste infrastructuur te ondersteunen binnen de boog, en het plaatsen van het langs de zijkant van een brug kan lelijk zijn en laat ze blootgesteld aan het weer.
In feite bieden de meeste staten richtlijnen over hoe nutsvoorzieningen aan bruggen moeten worden opgehangen, en het is moeilijk om er een te vinden die advies geeft over hoe dit op een boogbrug moet worden gedaan, behalve dit voorbeeld uit de staat Washington.
#5 – Hangbrug
Golden Gate Bridge – San Francisco, Californië
- Draagt: Zes rijstroken, voetgangers en fietsers
- Verbindt: San Francisco en Marin County, Californië
- Constructie: Ophanging, vakwerkboog, en vakwerk causeways
- Lengte: 8,981 feet
- Hoogte: 746 feet
- Voltooid: 1933
Dit type brug heeft hangkabels tussen de torens en hangkabels hangend aan de torens, die het dek vasthouden. De hangkabels zijn verankerd aan elk uiteinde van de brug, en zij dragen het grootste deel van de belasting.
Structuur van een hangbrug.
De complexe hangbruggen van tegenwoordig zijn voortgekomen uit eenvoudige versies die dateerden uit de vijftiende eeuw. Ze hadden dragende kabels maar geen torens. De meest elementaire hangbruggen omvatten touw-, net-, en andere geweven bruggen.
De eerste moderne-stijl hangbrug in de Verenigde Staten werd gebouwd in Pennsylvania in 1801. In de loop der jaren werden hangbruggen populair omdat ze brede kloven overbrugden die andere bruggen niet konden overbruggen. Daarnaast zijn ze minder duur om te bouwen omdat ze minder materiaal gebruiken dan de meeste andere bruggen.
Verhangbruggen zijn beter bestand tegen aardbevingen dan vrijwel elk ander brugtype. Bovendien kunnen ze gemakkelijk worden aangepast om plaats te maken voor bredere voertuigen of extra rijstroken. Het is ook relatief eenvoudig om kabels en elektriciteitskabels over lange afstanden aan een hangbrug te hangen.
De nadelen: de constructie is vaak erg stijf om ze bestand te maken tegen harde wind, en de meeste kunnen het zware gewicht van treinen niet aan. Er zijn vaak speciale hangers nodig om de nutsinfrastructuur van complexe typen hangbruggen te ondersteunen.
#6 – Gebogen-boogbrug
Fremont Bridge – Portland, Oregon
- Draagt: Vier rijstroken, twee dekken voor verkeer
- Oversteken: Willamette River en straten
- Plaats: Portland, Oregon
- Constructie: Gekoppelde boogbrug
- Lengte: 2.154 voet
- Hoogte: 381 voet
- Voltooid: 1973
Een tuibrug (ook boogbrug of tuibrug genoemd) is een brugtype met een boogrib aan weerszijden van de rijbaan (dek) en een trekbalk aan elk van de bogen die het dek ondersteunen. Verticale tuien die met de bogen zijn verbonden, ondersteunen het dek van bovenaf.
Structuur van een tuibrug.
Dit type brug kan worden gezien als een kruising tussen een boog- en een hangbrug. De gecombineerde bouwstijl staat de brug toe om met minder omvangrijke fundamenten worden gebouwd dan boogbruggen, wat betekent zij een grote optie voor moeilijke plaatsen zijn die verhoogde pijlers vereisen of op plaatsen waar de grond onstabiel is. De boogbouw maakt hen ideaal voor situaties wanneer een brug offsite moet worden gebouwd, worden geleverd, en in plaats onsite worden geschoven. Dit is niet mogelijk bij hangbruggen.
Tied-arch bridges mogen dan veel voordelen hebben, ze zijn niet perfect. Ze vereisen lasnaden bij de verbinding tussen de boogrib en de trekdragers en bij de verbinding tussen de boog en de verticale tuien. Deze lassen moeten regelmatig worden gerepareerd, wat duur, tijdrovend en hinderlijk kan zijn. De constructie en het ontwerp van dit type brug is niet redundant, wat betekent dat als ook maar één van de twee trekdragers het begeeft, de hele constructie zal instorten. Ten slotte zijn tuiboogbruggen duurder om te bouwen in vergelijking met de andere soorten bruggen van dezelfde lengte.
De eenvoudige constructie van dit type brug maakt ze goed voor het ondersteunen van nutsleidingen en kabels.
#7 – Kabel-opleggerbrug
Bob Graham Sunshine Skyway Bridge – Tampa Bay, Florida
- Draagt: Vier rijstroken
- Oversteken: Tampa Bay, Florida
- Constructie: Doorgaande voorgespannen betonnen tuibrug
- Lengte: 1,1 mijl
- Hoogte: 430 voet
- Voltooid: 1987
Op het eerste gezicht lijkt een tuibrug misschien op een variant van een hangbrug, maar ze zijn structureel verschillend. In tegenstelling tot hangbruggen hebben tuibruggen geen verankeringen nodig en zijn twee torens niet nodig. In plaats daarvan kunnen de kabels vanaf de rijbaan omhoog lopen naar een toren die al het gewicht vasthoudt.
Structuur van een tuibrug.
Het basisontwerp van de tuibrug dateert van bijna 500 jaar geleden. Moderne versies begonnen na de Tweede Wereldoorlog in Europa te worden gebouwd als kosteneffectieve vervangingen voor bruggen die tijdens de oorlog waren beschadigd.
De toren van een tuibrug absorbeert en verdeelt alle drukkrachten van de brug. De kabels kunnen in verschillende patronen aan de rijweg worden bevestigd. In een radiaal patroon bijvoorbeeld, lopen de kabels van verschillende punten op de weg naar één enkel punt aan de toren. Bij een parallel patroon zijn de kabels op verschillende punten aan zowel de rijweg als de toren bevestigd.
Vandaag de dag zijn tuibruggen een populaire keuze, omdat ze alle voordelen van een hangbrug bieden, maar tegen lagere kosten voor kortere overspanningen. Ze vereisen minder staalkabel, zijn sneller te bouwen en bevatten meer geprefabriceerde betonnen secties. Ontwerpen voor sommige van deze bruggen kunnen een aanzienlijke wow-factor bieden.
Conclusie
Elk type brug dient een ander doel en kan worden gebruikt om verschillende soorten kloven en barrières te overbruggen. Bruggen zijn echter meer dan alleen gebruiksvoorwerpen. Het zijn ook wonderen der techniek en dingen van schoonheid. We hopen dat dit overzicht u helpt de details van de bruggen die u elke dag passeert, verder te waarderen.
Voor nog meer waardering voor bruggen, bekijk ons bericht over de Greatest American Bridges.
