Broar är en så vanlig del av vardagen att de ofta tas för givna. Oavsett om vi kör, går eller reser med tåg gör de det möjligt för oss att korsa vattendrag, dalar, vägar och andra geologiska och konstgjorda hinder. Lika viktigt är att de gör det möjligt för viktiga ledningar, inklusive kablar och rörledningar, att också spänna över dessa barriärer.
Låt oss ta en titt på några vanliga brokonstruktioner, hur de har utvecklats under århundradena och vilket syfte varje konstruktion tjänar. Under tiden tar vi ett steg tillbaka och beundrar några anmärkningsvärda exempel på var och en av dem. Det kan hjälpa dig och dina kunder att se broar i ett nytt ljus.
#1 – Balkbro
Balkbroar anses i allmänhet vara den enklaste formen av bro. Hur enkel? När grottmänniskor lade stockar över vattendrag för att korsa dem byggde de de tidigaste balkbroarna.
Dessa grundläggande broar sträcker sig vanligtvis över relativt korta avstånd. För att bygga en balkbro (även kallad balkbro) behöver man bara en styv horisontell struktur (en balk) och två stöd, ett i varje ände, att vila den på. Dessa saker stöder den nedåtgående vikten av bron och all trafik som färdas över den.
Den enklaste balkbron kan vara en stock, träplank eller stenplatta som läggs över en smal bäck eller ström. Mer komplicerade broar är vanligtvis konstruerade av stål eller betong eller en kombination av de två. Betongelementen kan vara armerade, förspända eller efterspända.
Strukturen på en typisk balkbro.
I samband med att den bär upp vikten utsätts en balkbro för både tryck- och spänningsbelastning.
För att förstå hur detta fungerar kan du tänka på den här enkla modellen eller prova den i ditt garage. Tänk dig att du tar en bräda och lägger den ovanpå två tegelstenar. Detta är en enkel balkbro. Om du skulle placera en tung vikt i mitten av brädan skulle den böjas. Den övre sidan skulle böja sig inåt under tryckkraft och den nedre sidan skulle böja sig utåt under dragkraft. Om man lägger till tillräckligt mycket vikt skulle ”bron” till slut gå sönder. Ovansidan skulle böja sig och undersidan skulle knäcka.
Med det här exemplet kan du förstå de faktorer som en ingenjör måste ta hänsyn till när han eller hon utformar en bro.
Balksbroar används i allmänhet för att korsa relativt korta sträckor (vanligen mindre än 250 fot) eftersom de, till skillnad från andra typer av broar, inte har några inbyggda stöd. De enda stöden utgörs av bryggor. Ju längre ifrån varandra stöden är, desto svagare blir en balkbro. Detta betyder inte att balkbroar inte kan användas för att korsa längre sträckor, det kräver helt enkelt att en serie balkbroar måste sammanfogas, vilket skapar en så kallad kontinuerlig spännvidd.
Lake Pontchartrain Causeway, Louisiana
- Bär: Fyra körfält för trafik
- Korsar: Lake Pontchartrain
- Bär: Fyra körfält för trafik
- Korsar: Patapsco River
- Plats: Plats: Baltimore, Maryland
- Byggnation: Byggdes i: Baltimore, Maryland
- Bågformad genomgående fackverksbro i stål
- Längd: 8 636 fot
- Höjd: 185 fot
- Färdigställd: 1977
- Bär: Tio körfält för trafik, fyra övre, sex nedre, plus körfält för fotgängare & cyklister
- Korsar: East River
- Plats: Plats: New York City (Manhattan till Queens)
- Konstruktion:: New York City (Manhattan till Queens)
- Konstruktion: New York City (Manhattan till Queens) Dubbeldäckig bro med fribärande konstruktion
- Längd: 3 724 fot
- Höjd: 130 fot
- Färdigställd: Dessa typer av broar byggs med hjälp av kragar, som är konstruktioner som sticker ut horisontellt i rymden och som bara har stöd i ena änden. För små gångbroar kan utkragarna vara enkla balkar. Större utskjutande broar som är utformade för att hantera väg- eller järnvägstrafik använder fackverk byggda av konstruktionsstål eller lådbalkar byggda av förspänd betong.
Strukturen på en utskjutande bro.
Stahltruss-kolvbroar var ett stort tekniskt genombrott på 1800-talet, eftersom de kan sträcka sig över avstånd på över 1 500 fot och lättare kan byggas vid svåra korsningar, såsom motorvägar, djupa vattenvägar eller befolkade områden, med hjälp av lite eller inget markstöd.
Ingenjörer bygger längre kolvbroar genom att lägga till fler stöd. På så sätt fördelas belastningen mellan dem, vilket bidrar till att uppnå större längd.
Konstruktionsbroar kan byggas utan falskt arbete nedanför och utan stödtorn och kablar ovanför. Denna nivå av enkelhet i konstruktionen är en av deras stora fördelar. De har också en mycket styv konstruktion, så de kan bära relativt stora laster, inklusive järnvägsspår, vilket är ett vanligt användningsområde för dessa broar.
Många av dessa broar bär allmännyttiga anläggningar över sina spännvidder i täta stadsområden. Kolla in det här exemplet på ett stort projekt som samordnade installationen av en mängd olika verktyg, inklusive fiberoptiska nätverk, gas, vatten, omfattande dagvatten, avloppsvatten och statligt säkra kommunikationsledningar i ett enda projekt.
#4 – Valvbro
Stone Arch Bridge – Minneapolis, Minnesota
- Bär: Fotgängare och cyklister
- Korsar: Mississippifloden
- Plats: Minneapolis, Minnesota
- Konstruktion: 21 stenbågsspann och ett ståldäcksspann
- Längd: 2 100 fot
- Bredd: 28 fot
- Färdigställd: 1883
Bågbron är en av de vanligaste typerna av broar. De började användas för över 3 000 år sedan och förblev populära fram till den industriella revolutionen. Vid den tiden hjälpte uppfinningen av stål, betong och andra avancerade material ingenjörerna att utveckla andra moderna brokonstruktioner. Bågbroar används dock även i dag, och med hjälp av moderna material kan de byggas större än tidigare.
En bågbro har stödben i varje ände och är formad som en böjd eller spetsig båge. Bågbroteknik bygger på att broens vikt och dess laster delvis överförs till en horisontell stöt som trycks ihop av de stödben som finns på vardera sidan av bron. En längre bro kan göras av en serie bågbroar, även om mer ekonomiska alternativ vanligtvis används idag.
Uppbyggnad av en enkel bågbro.
Vet du det? Det är själva bågen som ger den namngivna bron dess styrka. Faktum är att en båge av sten inte behöver murbruk.
Tro det eller ej, sten- och träbågsbroar blev mycket populära under romarriket. Romerska ingenjörer byggde över 1 000 stenbågsbroar i Europa, Asien och Nordafrika. Många av dessa broar står kvar än idag, vilket visar på deras styrka och hållbarhet. Liknande broliknande konstruktioner var bland de första som hade en nyttorelaterad funktion. De användes för att transportera vatten från platser utanför städerna till stadsområden, på samma sätt som broar i dag bär rör för att transportera vatten från plats till plats.
Under århundradena förbättrade medeltida arkitekter tidigare konstruktioner och skapade bågbroar med smalare pelare, tunnare bågtunnlar, spetsiga bågar och större bågspannvidder. Renässansarkitekter byggde inte bara några av de mest strukturellt sunda broarna i historien, de skapade också några av de vackraste. Rialtobron i Venedig är ett sådant exempel. Under de senaste 150 åren har större och mer ambitiösa valvbroar byggts av järn, stål och betong.
Styrkan och hållbarheten hos valvbroar gör att de kan användas för att transportera fotgängare, fordon, spårvagnar och tunga järnvägar, och som nämnts har vissa byggts för att uteslutande transportera vatten från plats till plats. När det gäller att stödja moderna verktyg är bågbroar ofta inte effektiva. Det är omöjligt att stödja den nödvändiga infrastrukturen inom bågen, och att placera den längs sidan av en bro kan vara fula och lämna dem utsatta för väder och vind.
I själva verket erbjuder de flesta delstater vägledning om hur verktyg ska hängas upp från broar, och det är svårt att hitta någon som ger råd om hur man gör det på en valvbro, förutom detta exempel från delstaten Washington.
#5 – Hängbro
Golden Gate Bridge – San Francisco, Kalifornien
- Bär: Sex körfält för trafik, fotgängare och cyklister
- Förbinder: San Francisco och Marin County, Kalifornien
- Byggnation: Längd: 8 981 fot
- Längd: 8 981 fot
- Höjd: 746 fot
- Färdigställd: Den här typen av broar har upphängningskablar mellan tornen och upphängningskablar som hänger från tornen och som håller upp däcket. Hängkablarna är förankrade i varje ände av bron och de bär majoriteten av lasten.
Strukturen på en hängbro.
Dagens komplexa hängbroar har utvecklats från enkla versioner som går tillbaka till femtonhundratalet. De hade bärande kablar men inga torn. De mest grundläggande hängbroarna inkluderar rep, nät och andra vävda broar.
Den första hängbron i modern stil i USA byggdes i Pennsylvania 1801. Under årens lopp blev hängbroar populära eftersom de överbryggade breda klyftor som andra broar inte kunde överbrygga. Dessutom är de billigare att bygga eftersom de använder mindre material än de flesta andra broar.
Hängbroar är mer jordbävningssäkra än praktiskt taget alla andra brotyper. Dessutom är det lätt att uppdatera dem för att ge plats för bredare fordon eller ytterligare körfält. Det är också relativt enkelt att hänga upp kablar och kraftledningar över långa sträckor på en hängbro.
Negativt: konstruktionen tenderar att vara mycket styv för att få dem att stå emot starka vindar, och de flesta kan inte hantera den tunga vikten av tåg. Det krävs ofta särskilda hängare för att stödja infrastruktur för samhällsfunktioner från komplexa typer av hängbroar.
#6 – Tied-arch bridge
Fremont Bridge – Portland, Oregon
- Bär: Fyra körfält, två däck för trafik
Korsar: Willamette River och gator
- Plats: Portland, Oregon
Byggnation: Längd: 2 154 fot
- Höjd: 381 fot
- Färdigställd: En bro med bågbåge (även kallad bågbåge eller bågbågspegelbro) är en typ av bro som har en bågribban på vardera sidan av vägbanan (däck) och en bågbalk på var och en av de bågar som bär upp däcket. Vertikala band som är kopplade till bågarna stödjer däcket ovanifrån.
Strukturen på en bro med bågar med band.
Denna typ av bro kan ses som ett mellanting mellan en bågbro och en hängbro. Den kombinerade konstruktionsstilen gör att bron kan byggas med mindre skrymmande fundament än bågbroar, vilket innebär att de är ett bra alternativ för svåra platser som kräver förhöjda bryggor eller på platser där marken är instabil. Bågkonstruktionen gör dem idealiska för situationer där en bro måste byggas utanför anläggningen, levereras och skjutas på plats på plats. Detta är inte möjligt med hängbroar.
Bågbroar kan ha många fördelar, men de är inte perfekta. De kräver svetsar vid anslutningen mellan bågribban och slipsbärarna och vid anslutningen mellan bågen och de vertikala slipsarna. Dessa svetsar måste repareras regelbundet, vilket kan vara kostsamt, tidskrävande och besvärligt. Konstruktionen och utformningen av den här typen av broar är icke redundant, vilket innebär att hela konstruktionen kollapsar om ens en av de två dragbågarna går sönder. Slutligen är bundet bågbroar dyrare att bygga jämfört med andra typer av broar av samma längd.
Den enkla konstruktionen av denna typ av broar gör att de är bra för att bära upp rör och kablar för allmännyttiga ändamål.
#7 – Kabeldragna broar
Bob Graham Sunshine Skyway Bridge – Tampa Bay, Florida
- Bär: Fyra körfält
- Korsar: Tampa Bay, Florida
- Konstruktion: Kontinuerlig förspänd betongkabelbro
- Längd: 1,1 miles
- Höjd: 430 fot
- Färdigställd: Vid första anblicken kan en kabelbro se ut som en variant av en hängbro, men de är strukturellt olika. Till skillnad från hängbroar kräver vajerbroar inga förankringar och två torn är inte nödvändiga. Istället kan kablarna löpa från vägbanan upp till ett torn som håller all vikt.
Strukturen hos en kabelskjuten bro.
Den grundläggande utformningen av den kabelskjutna bron går nästan 500 år tillbaka i tiden. Moderna versioner började byggas i Europa efter andra världskriget som kostnadseffektiva ersättningar för broar som skadades under kriget.
Tornet på en kabelförlagd bro absorberar och fördelar alla tryckkrafter på bron. Kablarna kan fästas vid vägbanan i olika mönster. I ett radiellt mönster sträcker sig till exempel kablarna från flera punkter på vägen till en enda punkt vid tornet. I ett parallellt mönster fäster kablarna både på vägbanan och i tornet i flera separata punkter.
Heutiga kabelbroar är ett populärt val eftersom de erbjuder alla fördelarna med en hängbro men till en lägre kostnad för kortare spännvidder. De kräver mindre stålkabel, är snabbare att bygga och innehåller fler prefabricerade betongsektioner. Konstruktioner för vissa av dessa broar kan erbjuda en betydande wow-faktor.
Slutsats
Varje typ av bro tjänar olika syften och kan användas för att överbrygga olika typer av klyftor och hinder. Broar är dock mer än bara bruksföremål. De är också tekniska underverk och skönhetsobjekt. Vi hoppas att den här översikten hjälper dig att ytterligare uppskatta detaljerna i de broar du korsar varje dag.
För ännu mer brouppskattning, kolla in vårt inlägg om de största amerikanska broarna.
Plats: Metairie och Mandeville, Louisiana Byggnation: Längd: 38,442 km Längd: 38,442 km Höjd: 15 fot Färdigställd: Längre och mer komplexa balkbroar byggs med hjälp av många balkar uppradade sida vid sida med ett däck över dem. Huvudbalkarna kan vara I-balkar (även kallade H-balkar), fackverk eller lådbalkar. De kan löpa halvvägs över bron eller över hela dess längd.
Balksbroar används för att transportera fotgängare, bilar, lastbilar och järnvägsspår över begränsade sträckor. De används ofta för monorail och upphöjda transportsystem. De är också värdefulla för att transportera kablar och rörledningar över korta avstånd till bostäder, isolerade samhällen och underavdelningar.
Hänvisning: Många balkbroar är historiska konstruktioner, och det finns begränsningar för hur verktyg kan transporteras över dem. Delstaten Connecticut, där det finns många sådana historiska broar, erbjuder riktlinjer för hur detta ska hanteras.
#2 – fackverksbro
Francis Scott Key Bridge – Baltimore, Maryland
En fackverksbro har en framträdande fackverkskonstruktion, som är en struktur av sammankopplade element som bildar triangulära enheter. En fackverksbro används eftersom det är en mycket styv struktur som överför belastningen från en enda punkt på bron till ett mycket större område. Spantbroar kan korsa längre spännvidder än grundläggande balkbroar.
Strukturen på en typisk spantbro.
Spantbroar dök upp mycket tidigt i de moderna broarnas historia. De är relativt ekonomiska att bygga eftersom de använder material effektivt.
Trussbroar byggdes mestadels av trä i början av 1800-talet och övergick långsamt till järnkonstruktion vid mitten av det århundradet. Stål blev standard på 1880-talet. Vissa stater fortsatte att bygga fackverksbroar av stål fram till 1930-talet, medan andra övergav dem tidigare och valde att istället bygga broar av betongbalk och balkbroar.
Exempel på dessa broar finns fortfarande över hela USA, men antalet minskar eftersom de rivs och ersätts med modernare typer av broar. Vissa fackverksbroar är extremt enkla och utilitaristiska, medan andra använder mer genomarbetade konstruktionsdetaljer.
Under hela historien har ingenjörer experimenterat med olika former av fackverksbroar och försökt hitta bättre sätt att lösa särskilda problem. En fackverksbro kan ha ett däck eller en vägbana på toppen (däck fackverk), i mitten (genomgående fackverk) eller i botten av fackverket. Om fackverkets sidor sträcker sig över vägbädden men inte är sammankopplade kallas det för ponny fackverk eller halvt genomgående fackverk.
Fackverksbroar korsas av fotgängare, bilar, lastbilar, lätta och tunga järnvägar. De används vanligtvis för att spänna över floder snarare än vägar. Spännbroar har historiskt sett använts för att transportera vatten och avloppsvatten genom rör över spännvidderna. Under årens lopp har även el- och kabellinjer lagts till. Mycket av denna infrastruktur är ålderstiget, och även om bron inte byts ut behöver ledningarna ofta bytas ut.
Anmärkning: Det är viktigt att använda säker utrustning som är särskilt utformad för underhåll under broar när man uppdaterar ålderstigna infrastrukturer under fackverksbroar. Kolla in dessa exempel.
#3 – Cantilever bridge
Ed Koch Queensboro bridge – New York City
Längd: 2 154 fot
