a hidakat általában statikus struktúráknak tekintik. Az igazság az, hogy valójában inkább dinamikus, élő lényekként viselkednek. Folyamatosan változnak, különböző terhelésekre, időjárási mintákra és más típusú stresszre reagálnak a működés érdekében. Bizonyos esetekben, hasonlóan a traumán átesett személyhez, a hidaknak “reagálniuk kell” a rendkívül stresszes eseményekre, például balesetekre, robbanásokra, tüzekre, földrengésekre és hurrikánokra a túlélés érdekében.

ebben a cikkben megnézzük, hogy a különböző típusú hidak hogyan vannak kialakítva a stressz kezelésére. Megvizsgáljuk a leggyakoribb erőket is, amelyek stresszt okoznak a hidakon. Ezek a stresszorok nagy hatással lehetnek arra, hogy a hidak milyen korúak, csökkennek, és esetleg kudarcot vallanak.

Ezek megértése segíthet a mérnököknek tartós szerkezetek kialakításában, az ellenőrök és a karbantartók pedig hosszabb ideig tarthatják a meglévő struktúrákat.

A gravitációs dilemma

a hidakat érintő legmélyebb erő a gravitáció, amely folyamatosan húzza őket, megpróbálja őket a földre húzni. A gravitáció nem olyan nagy ügy, amikor épületekről van szó, beleértve a nagyokat is, mint például a felhőkarcolók, mert az alatta lévő föld mindig visszahúzódik.

nem ez a helyzet a hidak esetében. A deszkázatuk nyitott helyet foglal el. A ” tér ” nem nyújt támogatást a gravitáció ellen. A nagyobb hidak, amelyek hosszabb tereket ölelnek fel, jobban ki vannak téve a gravitációnak, mint a rövidebbek. Hasonlóképpen, a nehezebb szerkezetek nagyobb valószínűséggel esnek áldozatul a gravitációnak, mint a könnyebbek.

A Hídhibák viszonylag ritkák. Szóval, mi az, ami megakadályozza őket a gravitációs erő miatt?

a válasz nagyjából ugyanaz, függetlenül a szerkezet típusától:

• a tömörítés (egy olyan erő, amely befelé tolja vagy összenyomja) gondosan kiegyensúlyozott a feszültséggel(egy olyan erő, amely kifelé húzódik).
• ez a kiegyensúlyozás úgy történik, hogy a terhelést (a hídszerkezet teljes súlyát) az ütközőkre (a híd mindkét végén lévő támaszokra) és a mólókra (a híd alatt futó támaszokra) irányítják.

Ezek az erők oszlanak meg a különböző módon, különböző hidak:

Beam Híd

A sugár híd van a pakliban (gerenda) a feszültség, tömörítés. (A gerenda a körülményektől függően összenyomható és nyújtható.) Az ütközők tömörítésben vannak, ami azt jelenti, hogy mindig összenyomják őket.

Arch Bridge

egy arch híd támogatja a terheléseket a tömörítés elosztásával az íven. A szerkezet mindig magára nyomja.

függőhíd

a függőhíd tornyai (mólói) tömörítésben vannak, a fedélzet pedig feszültség alatt álló kábelekből lóg. Maga a fedélzet mind feszültségben, mind tömörítésben van.

kábeles híd

egy kábeles híd hasonló a függőhídhoz. A fedélzet azonban közvetlenül a kábelek mólóiból lóg. A mólók tömörítésben vannak, a kábelek feszültségben vannak. A fedélzet mindkét erőt tapasztalja.

rácsos híd

a rácsos híd egy megerősített erősítésű gerendaszerkezet variációja. A fedélzet feszült. A rácsok mind a feszültséget, mind a megértést kezelik, az átlósak feszültséggel, a függőlegesek pedig tömörítéssel.

egy ívhíd támogatja a terheléseket a tömörítés elosztásával az íven keresztül. A szerkezet mindig magára nyomja.

konzolos híd

a konzolos híd az egyik egyszerűbb forma, amelyet meg kell érteni. Alapvetően a hídfedélzet feletti feszültség (húzás), valamint az alatta lévő kompressziós (nyomó) erőkkel foglalkozik.

nézze meg ezeket a hidakat, amelyek egyedi módon kezelik az erőket:

A gördülő híd, London

Ez a szobrászati szerkezet egy olyan típusú híd, amelyet általában curling hídnak neveznek. Nyolc háromszög alakú részből áll, amelyek össze vannak kötve. A híd lehetővé teszi a gyalogosok számára, hogy átkeljenek rajta, és “felhajoljanak”, hogy a hajók áthaladjanak.

amikor a szerkezet “nem burkolt” állapotban van, úgy néz ki és működik, mint egy rácsos híd. A hidraulikus dugattyúk rendszerét arra használják, hogy zárt, nyolcszögletű alakjába tekerje.

Loz Pycock , via Wikimedia Commons

A Gateshead Millennium Bridge, Newcastle

ezt az innovatív szerkezetet gyakran “tilt” hídnak nevezik. Fejlett hidraulikus rendszert használ, hogy felemelje az útból, amikor a hajók elhaladnak.

bár ez elég egyszerűnek tűnik, ennek a hídnak egyedi feszültség-és tömörítési problémákkal kell foglalkoznia. Ez kihasználja jellemzői felfüggesztés, valamint ferdekábeles minták, amelyek tolta (kinyújtotta) szélsőséges határok, amikor a híd mozgásban van. Ez a szerkezet új dimenziót ad a szabványos hídmérnökségnek.

A híd kialakítása egyszerre egyszerű és összetett. A híd folyamatosan kiegyensúlyozza a nyomóerőket bizonyos helyeken, másokban húzókkal, így nincs túlnyomó erő, különösen a gravitáció, bármikor legyőzi a szerkezetet, ami károsodáshoz vagy összeomláshoz vezet.

a gravitáción túli stresszorok

a bonyolító tényező az, hogy a híd kompressziója és feszültsége folyamatosan változik a stresszorok miatt, mint például:

változó terhelések

könnyű lenne hidakat építeni, ha a terhelések statikusak lennének. A rájuk ható erők soha nem változnak. A valóság az, hogy a terhelések drámaian és dinamikusan változhatnak a nap folyamán és az idő múlásával.

Hidak mindent cipelni a vonatok, autók, teherautók, valamint a gyalogosok, hogy a víz vezetékek, egyéb közüzemi infrastruktúra. A forgalom mennyisége és a közüzemi mennyiség egész nap változik, ami jelentős eltéréseket okoz az élő terhelésben, ami növelheti és csökkentheti a szakítószilárdságot és a nyomóerőt az egész szerkezeten.

példa: Amikor egy vasút áthalad egy hídon, a szerkezet meghajlik és meghajlik, majd visszatér eredeti nyugodt állapotába, amint a vonat elhalad.

környezeti erők

A hidak folyamatosan reagálnak az Anyatermészetre. A stressz környezeti forrásai a következők:

• árapályok, hullámok és vízvisszatérítések. A víz az egyik legerősebb erő a földön. A mérnökök gyakran behelyezik a nyílásokat a híd ütközőibe, hogy a víz áthaladjon, ahelyett, hogy rájuk nyomódna.
• A nagy széllökések hatására a hidak meginghatnak és megcsavarodhatnak. A modernek könnyebbek és aerodinamikusabbak, lehetővé téve a szél áthaladását, ami megakadályozza a mozgást.
• földrengések. A szeizmikus erők hatására a hídszakaszok megrázkódnak és egymásba ütköznek, ami összeomlást okozhat. A tervezők olyan lengéscsillapítókat is tartalmaznak, amelyek elnyelik a rezgéseket és a lökhárítókat, hogy az aktív földrengési zónákban lévő hidakon ne ütközzenek egymásba.
• a hurrikánok és más nagy viharok pusztító hatással lehetnek a hidak kitett területeire. Az építőipari csapatok gyakran telepítenek védőfelszerelést a sérülékeny szakaszok, például a közüzemi infrastruktúra körül.
• jég, hideg és hóviharok. A hideg időjárás és a fagyok egyes hídelemeknél összehúzódást okoznak. A felolvasztás ellentétes hatással lehet. A terjeszkedés és az összehúzódás hatásait a mai szélsőségesebb éghajlati viszonyok súlyosbították. A mérnökök ezt azzal magyarázzák, hogy a hideg helyeken épített hidakba sokkal érzékenyebb és rugalmasabb alkatrészeket építettek be.

balesetek és egyéb váratlan események

közlekedési és építési balesetek, ütköző hajók, robbanások jelentős hídfeszültséghez vezethetnek, és néha meghibásodáshoz is vezethetnek. Az építők erős, tűzálló anyagokat és izoláló elemeket használhatnak fel, hogy korlátozzák a szélsőséges események hatását a hidat érintő erők egyensúlyára.

következtetés

a fent vázolt erők egy része azonnali katasztrofális károkat okozhat a hidakban vagy a végső kudarcban. Ezek a stresszorok idővel a hidakon is elhasználódnak, ami hosszú távú károkat okoz.

ugyanúgy, mint az élőlények, a hidaknak is vannak módjai arra, hogy kommunikáljanak, hogy túl stresszesek. Az ellenőröknek, vezetőknek és mérnököknek meg kell keresniük ezeket a jeleket. Ez segíthet abban, hogy a meglévő struktúrákat biztonságban tartsák, és olyan információkat nyújtsanak számukra, amelyek szükségesek ahhoz, hogy a jövőben még tartósabb és érzékenyebb struktúrákat tervezzenek.