bruggen worden over het algemeen beschouwd als statische structuren. De waarheid is dat ze zich meer gedragen als dynamische, levende wezens. Ze veranderen voortdurend, reageren op verschillende belastingen, weerpatronen en andere soorten stress om te functioneren. In sommige gevallen, net als een persoon die een trauma ondergaat, moeten bruggen “reageren” op extreem stressvolle gebeurtenissen zoals ongevallen, explosies, branden, aardbevingen en orkanen om te overleven.

In dit artikel zullen we bekijken hoe verschillende typen bruggen ontworpen zijn om stress te verwerken. We zullen ook enkele van de meest voorkomende krachten onderzoeken die bruggen belasten. Deze stressoren kunnen een grote impact hebben op hoe bruggen verouderen, in verval raken en mogelijk falen.het begrijpen ervan kan ingenieurs helpen duurzame structuren te ontwikkelen en inspecteurs en onderhoudspersoneel zorgen ervoor dat bestaande structuren langer meegaan.

het zwaartekrachtdilemma

de grootste kracht die bruggen beà nvloedt is de zwaartekracht, die constant naar de bruggen trekt en probeert ze naar de aarde te slepen. Zwaartekracht is niet zo ‘ n groot probleem als het gaat om gebouwen, inclusief grote zoals wolkenkrabbers, omdat de grond eronder altijd terugduwt.

dat is niet het geval als het gaat om bruggen. Hun terras overspant open ruimte. “Ruimte” biedt geen ondersteuning tegen de zwaartekracht. Grotere bruggen die langere ruimtes overspannen zijn kwetsbaarder voor zwaartekracht dan kortere. Ook zwaardere structuren zullen eerder het slachtoffer worden van de zwaartekracht dan lichtere.

Brugfouten komen relatief zelden voor. Wat weerhoudt ze ervan om door de zwaartekracht naar beneden te vallen?

het antwoord is vrijwel hetzelfde, ongeacht het type structuur:

• compressie (een kracht die naar binnen duwt of knijpt) wordt zorgvuldig gebalanceerd met spanning (een kracht die zich uitstrekt en naar buiten trekt).
• dit balanceren gebeurt door de belasting (het totale gewicht van de brugstructuur) te kanaliseren op de abutments (de steunen aan beide uiteinden van de brug) en pieren (De steunen die onder de brug over zijn lengte lopen).

deze krachten worden op verschillende manieren verdeeld over verschillende typen bruggen:

Beam Bridge

een beam bridge heeft zijn dek (beam) in spanning en compressie. (De balk kan worden geperst en uitgerekt afhankelijk van de omstandigheden.) De abutments zijn in compressie, wat betekent dat ze altijd worden geperst.

Arch Bridge

een arch bridge ondersteunt belastingen door compressie over en langs de arch te verdelen. De structuur duwt altijd op zichzelf.

hangbrug

de torens (pieren) van een hangbrug zijn in compressie en het dek hangt aan kabels die gespannen zijn. Het dek zelf is zowel in spanning als compressie.

kabel-gebleven brug

een kabel-gebleven brug is vergelijkbaar met een hangbrug. Het dek hangt echter direct aan de pieren aan kabels. De pieren zijn in compressie en de kabels zijn in spanning. Het dek ervaart beide krachten.

Truss bridge

een truss bridge is een variatie op een bundelstructuur met verbeterde versterkingen. Het dek is gespannen. De spanten behandelen zowel spanning als begrip, met de diagonale in spanning en de verticale in compressie.

een boogbrug ondersteunt belastingen door compressie over en langs de boog te verdelen. De structuur duwt altijd op zichzelf.

cantileverbrug

een cantileverbrug is een van de eenvoudiger te begrijpen vormen. Kortom, het richt zich op de krachten van spanning (trekken) boven het brugdek en die van compressie (duwen) beneden.

bekijk deze bruggen die krachten op unieke manieren beheren:

The Rolling Bridge, London

deze sculpturale structuur is een type brug die gewoonlijk een curling bridge wordt genoemd. Het bestaat uit acht driehoekige delen die aan elkaar scharnieren. De brug is in staat om” uncurl “om voetgangers te laten oversteken en” krullen ” om boten te laten passeren.

wanneer de structuur in zijn “niet-gekurpte” staat is, lijkt en functioneert het op een trussbrug. Een systeem van hydraulische zuigers wordt gebruikt om het in zijn gesloten, achthoekige vorm te rollen.

door Loz Pycock , via Wikimedia Commons

The Gateshead Millennium Bridge, Newcastle

deze innovatieve structuur wordt vaak een “tilt” brug genoemd. Het maakt gebruik van een geavanceerd hydraulisch systeem om het uit de weg te tillen wanneer Boten passeren.

hoewel dit eenvoudig genoeg lijkt, moet deze brug omgaan met unieke spanning en compressie problemen. Het maakt gebruik van kenmerken van ophanging en kabel-gebleven ontwerpen die worden geduwd (en uitgerekt) tot extreme grenzen wanneer de brug in beweging is. Deze structuur voegt een nieuwe dimensie toe aan de standaard brugtechniek.

Het ontwerp van de brug is eenvoudig en complex tegelijk. Een brug balanceert voortdurend drukkrachten op bepaalde locaties met trekkrachten op andere locaties, dus geen overweldigende kracht, vooral zwaartekracht, overwint de structuur op elk moment, wat leidt tot schade of ineenstorting.

stressoren buiten de zwaartekracht

de complicerende factor is dat compressie en spanning op een brug voortdurend verschuiven als gevolg van stressoren zoals:

wisselende belastingen

Het zou gemakkelijk zijn om bruggen te bouwen als de belastingen op hen statisch bleven. De krachten op hen zouden nooit veranderen. De realiteit is dat de belastingen dramatisch en dynamisch kunnen variëren gedurende de dag en in de tijd.

bruggen vervoeren alles van treinen, auto ‘ s, vrachtwagens en voetgangers tot waterleidingen en andere nutsvoorzieningen. De hoeveelheid verkeer en nut volume verschuiven gedurende de dag, waardoor aanzienlijke variaties in de levende belasting, die kan toenemen en verminderen trek-en drukkrachten over de structuur.

voorbeeld: Wanneer een spoorlijn over een brug rijdt, buigt en buigt de structuur en keert dan terug naar zijn oorspronkelijke ontspannen toestand zodra de trein voorbij komt.

Omgevingskrachten

bruggen reageren constant op Moeder Natuur. Bronnen van stress in het milieu zijn:

• getijden, golven en water back-ups. Water is een van de krachtigste krachten op aarde. Ingenieurs steken vaak openingen in brughoofden om water door te laten stromen in plaats van ertegen te duwen.
• Winds. Grote windstoten kunnen bruggen doen slingeren en draaien. Moderne zijn lichter en meer aerodynamisch, waardoor de wind door hen, waardoor ze niet bewegen.
• aardbevingen. Seismische krachten veroorzaken brug secties te schudden en crashen in elkaar, waardoor ze kunnen afbrokkelen. Ontwerpers omvatten dempers om trillingen te absorberen en bumpers om te voorkomen dat secties tegen elkaar botsen op bruggen in actieve aardbevingszones.
• orkanen en andere grote stormen kunnen verwoestende effecten hebben op blootgestelde delen van bruggen. Bouwteams installeren vaak beschermende uitrusting rond kwetsbare secties, zoals nutsvoorzieningen.
• ijs, koude en sneeuwstormen. Koud weer en vrieskou veroorzaken krimp op bepaalde brugelementen. Ontdooien kan het tegenovergestelde effect hebben. De effecten van expansie en krimp zijn verergerd in de huidige extreme klimaatomstandigheden. Ingenieurs zijn verantwoordelijk voor dit door het opnemen van meer responsieve en flexibele componenten in bruggen gebouwd op koude plaatsen.ongevallen en andere onverwachte gebeurtenissen verkeersongevallen en bouwongevallen, boten die landhoofden raken en explosies kunnen leiden tot aanzienlijke brugstress en soms tot storingen. Bouwers kunnen gebruik maken van sterke, brandvertragende materialen en isolerende elementen om de impact van extreme gebeurtenissen op het evenwicht van krachten die een brug beïnvloeden te beperken.
  

  conclusie

  sommige van de hierboven beschreven krachten kunnen directe catastrofale schade aan bruggen of uiteindelijke mislukking veroorzaken. Deze stressoren slijten ook bij bruggen in de loop van de tijd, wat leidt tot langdurige schade.

  net als levende wezens, hebben bruggen manieren om te communiceren dat ze overbelast zijn. Inspecteurs, managers en ingenieurs moeten op zoek naar deze borden. Het kan hen helpen om bestaande structuren veilig te houden en hen te voorzien van de informatie die ze nodig hebben om in de toekomst nog duurzamere en responsievere structuren te ontwerpen.