Brug trekken

Achtergrond

Een brug over een bevaarbare waterweg moet ervoor zorgen dat boten en schepen zijn pad kunnen kruisen, meestal door hoog genoeg te zijn om eronderdoor te kunnen varen. Soms is het onpraktisch om een ​​brug hoog genoeg te bouwen; het kan bijvoorbeeld te steil stijgen of het zicht op een belangrijk oriëntatiepunt blokkeren. In dergelijke gevallen kan de brug zo worden ontworpen dat deze gemakkelijk uit de weg kan worden geschoven voor schepen die te groot zijn om eronderdoor te varen.

Het type beweegbare brug dat de meeste mensen beschouwen als een ophaalbrug, is vergelijkbaar met die over middeleeuwse kasteelgrachten. Technisch genoemd "basculebruggen" van het Franse woord voor wip, ze kunnen aan één uiteinde openen en naar één kant optillen (enkel blad) of in het midden openen en naar beide kanten optillen (dubbel blad). Een ander veel voorkomend type beweegbare brug is de verticale liftoverspanning, waarbij het beweegbare gedeelte aan beide uiteinden wordt ondersteund en verticaal wordt opgetild als een lift. Intrekbare bruggen zijn zo gemaakt dat de beweegbare overspanning terugschuift onder een aangrenzend deel van de brug. Draaibruggen worden ondersteund op verticale scharnieren en de beweegbare overspanning draait horizontaal om de brug te openen.

Beweegbare bruggen zijn relatief zeldzaam omdat ze duurder zijn in gebruik en onderhoud dan stationaire bruggen. Ze belemmeren ook het verkeer - op het water als ze gesloten zijn en op de rijbaan of spoorlijn als ze open zijn. Van de 770 bruggen waarvoor de afdeling Transport van New York City verantwoordelijk is, zijn er 25 beweegbare bruggen, waaronder ten minste één van elk van de vier hierboven gedefinieerde typen.

Geschiedenis

Er werden een paar oude ophaalbruggen gebouwd, waaronder één 4000 jaar geleden in Egypte en één 2600 jaar geleden in het Chaldeeuwse koninkrijk van het Midden-Oosten. Maar ze werden pas in de Europese Middeleeuwen algemeen gebruikt. Tegen het einde van de vijftiende eeuw was Leonardo da Vinci niet alleen bezig met het ontwerpen en bouwen van basculebruggen, maar ook met het tekenen van plannen en het bouwen van schaalmodellen voor een draaibrug en een intrekbare brug.

Het moderne tijdperk van beweegbare bruggen begon in het midden van de negentiende eeuw na de ontwikkeling van processen voor massaproductie van staal. Stalen balken zijn licht en sterk, stalen lagers zijn duurzaam en stalen motoren en motoren zijn krachtig.

Veel van de beweegbare bruggen die momenteel in de Verenigde Staten in gebruik zijn, zijn aan het begin van de twintigste eeuw gebouwd. Als ze worden opgeknapt of vervangen, kunnen er twee soorten verbeteringen worden aangebracht. Ten eerste maken meer geavanceerde ontwerptechnieken en sterkere, lichtere materialen het mogelijk om nieuwe bruggen hoger boven het water te bouwen. Hierdoor kunnen grotere schepen er onderdoor varen; daarom is het niet nodig om ze zo vaak te openen. Sommige moderne vervangingen moeten slechts een vierde tot een derde worden geopend, zoals vaak hun voorgangers. Ten tweede worden sommige nieuwe bruggen hydraulisch bediend in plaats van aangedreven met tandwielmechanismen.

Grondstoffen

Ophaalbruggen zijn voornamelijk gemaakt van beton en staal. Vijfenzeventighonderd short tons (6.804 metrische ton) constructiestaal en 150.000 short tons (13.6080 metrische ton) beton werden gebruikt in de Casco Bay Bridge Een typische ophaalbrug. in Portland, Maine; het heeft een opening van 10 nm hoog en werd in 1997 voltooid.

Ontwerp

Elke ophaalbrug is een unieke structuur die is ontworpen voor zijn specifieke locatie en verkeersbehoeften. Er zijn minstens een half dozijn verschillende ontwerpconcepten, maar de meest voorkomende is het bascule-type. Bij dubbelvleugelige of viervleugelige (een dubbelbladige brug met aparte vleugels voor elke rijrichting) basculebruggen, kan elk blad afzonderlijk omhoog en omlaag worden bewogen.

De energie die nodig is om de bascule-bladen omhoog en omlaag te brengen, wordt sterk verminderd door elk blad te compenseren met een compact gewicht aan de andere kant van de scharnieras (tap). In verschillende bascule-ontwerpen kan dit contragewicht boven de rijbaan worden geplaatst en onder de rijbaan draaien als de brug wordt verhoogd, of het kan onder de rijbaan worden geplaatst en naar een kelderniveau dalen (vaak ver onder de waterlijn) als de brug gaat open. Het contragewicht is een massieve betonnen doos met kamers waarin zware metalen staven kunnen worden gestoken om het gewicht en de verdeling ervan te veranderen. Het kan zich naast de tap bevinden of, voor meer hefboomwerking, een paar meter (meter) worden teruggezet. Elk paar bladeren van 500 ton (450 ton) op de Casco Bay Bridge wordt bijvoorbeeld uitgebalanceerd met een contragewicht van 800 ton (720 ton).

Naast de bladeren en de contragewichten zijn de andere primaire elementen van een basculebrug de tap en het liftmechanisme. Een enkele stalen tap met een diameter tot 10 ft (3 m) en een lengte van 65 ft (20 m) of meer mag worden gebruikt voor één blad van de beweegbare overspanning; of een afzonderlijke, korte tap kan worden gebruikt voor elke zijde van elk blad. Het hefmechanisme is meestal een tandheugeltandwielopstelling die wordt aangedreven door elektromotoren.

Het fabricageproces

Hoewel elke installatie anders is, volgt hieronder een generieke beschrijving van de constructie van een basculebrug.

Pijlers

• 1 Indien de steunpijlers van de bascule in het water komen te liggen, wordt voor elke pijler een bouwkuip rond het terrein gebouwd. Stalen panelen worden in het water neergelaten en in de rivierbedding gedreven om een ​​doos te vormen. Een clamshell graver A. Basculeput. B. Fender-systeem. C. Brugpijler. verwijdert grond in de kofferdam. Er worden palen diep in de rivierbedding gestoken om het grote gewicht van de pier en de basculebladeren te dragen. In geboorde gaten kunnen stalen palen worden geheid of palen van gewapend beton worden gestort. De bodem van de kofferdam is afgedicht met een laag beton. Het water wordt uit de kofferdam gepompt om een ​​droge ruimte te creëren voor de aanleg van de pier.
• 2 Formulieren zijn gebouwd om de betonnen pijlers vorm te geven. Stalen staven (wapening) zijn aan elkaar gebonden om een ​​zorgvuldig ontworpen versterkende kooi voor het interieur van de pier te maken. De wapeningskooi wordt op zijn plaats in de formulieren neergelaten. De formulieren zijn gevuld met beton. Als het beton is uitgehard, worden de vormen verwijderd. Rond de waterlijn kan een beschermende laag van een erosiebestendig materiaal, zoals graniet, op de pier worden bevestigd. De kofferdam wordt verwijderd.
• 3 Er kan een stootrand rond de pier worden gebouwd om te voorkomen dat deze wordt geraakt door dolende schepen. Op de Cascobrug werden bijvoorbeeld stroomopwaarts en stroomafwaarts van elke pier grote betonnen cilinders opgetrokken om de uiteinden van een stalen stootrand te ondersteunen. Het spatbord was bedekt met glad plastic om kleine schokken af ​​te weren. Bij zwaardere schokken kan het stootkussen doorbuigen tegen rubberen bumpers en, indien nodig, tegen verpletterbare holle betonnen dozen die zouden voorkomen dat de impact de pier zelf beschadigt.

Bascule bladeren

• 4 Een of meer tappen zijn gemonteerd op steunen in de pier.
• 5 Er wordt een contragewicht geconstrueerd en in de pier geplaatst.
• 6 Tandwielaandrijvingen en/of hydraulische liftmechanismen zijn in de pier geïnstalleerd.
• 7 Voor het hielgedeelte van elk brugblad zijn twee zijliggers geconstrueerd. Een taplager is gemonteerd in een opening in elke ligger. De ligger kan zijn uitgerust met tandwielen die in het hefmechanisme passen, of hij kan zijn uitgerust met peddels waar hydraulische cilinders tegenaan kunnen duwen.
• 8 De twee zijliggers worden in de pier getild en over de uiteinden van de tap geschoven. Het hielgedeelte wordt gecompleteerd met een dwarsbalk die de twee zijliggers verbindt. Het contragewicht is bevestigd aan het hielgedeelte.
• 9 Extra langsliggers kunnen tussen de zijliggers worden gehesen en aan het hielgedeelte worden bevestigd. Tussen de zijliggers en eventuele andere langsliggers worden stalen schoren bevestigd. Als er stukken aan het blad worden toegevoegd, moet er ook een geschikte hoeveelheid gewicht aan het contragewicht worden toegevoegd om de stabiliteit te behouden. Dit is vooral belangrijk als de brug in gesloten toestand wordt gebouwd en tijdens de bouw moet worden geopend om het scheepvaartverkeer door te laten.
• 10 Het blad wordt gecompleteerd door het aanbrengen van een puntstuk dat de zijliggers (en eventuele langsliggers) aan het uiteinde tegenover de hiel verbindt. Apparaten die spansloten worden genoemd, zijn op de bladpunten gemonteerd om tegenoverliggende bladeren te verbinden wanneer de brug naar beneden is, zodat voertuigen die op de brug rijden de bladeren niet laten stuiteren. Extra sloten kunnen de bladeren in hun open positie vastzetten, zodat de wind ze niet terug naar beneden dwingt.

Afwerking

• 11 Panelen van stalen roosters worden bovenop het blad geplaatst. Soms wordt een dun betonnen oppervlak toegevoegd.
• 12 De uiteindelijke balans wordt bereikt door zware ijzeren, stalen of loden staven in de juiste contragewichtcompartimenten te plaatsen. Als het blad goed uitgebalanceerd is, is het iets zwaarder dan het contragewicht, zodat de zwaartekracht de brug zachtjes laat zakken (sluit).

Lopende aanpassingen

Gedurende de levensduur van de brug moeten contragewichtaanpassingen worden uitgevoerd. Kortetermijnaanpassingen compenseren bijvoorbeeld ijs- of sneeuwophopingen. Langdurige aanpassingen brengen veranderingen in het bladgewicht door werkzaamheden zoals herbestraten of schilderen in evenwicht. Toen de 250 voet (75 m) lange High Street Bridge in Alameda County, Californië, in 1996 werd gerenoveerd, werden 25.000 pond (11.000 kg) verf en primer verwijderd van de twee basculebladeren. De contragewichten moesten voor en na het overspuiten van de overspanning worden afgesteld.

Een dramatisch voorbeeld van de noodzaak om het juiste tegenwicht te behouden, werd aangetoond door een ongeval op de Michigan Avenue Bridge in Chicago op 20 september 1992. De basculebrug met twee niveaus en twee vleugels onderging reparaties en de betonnen bestrating was verwijderd. zowel het boven- als benedendek. Een grote kraan stond achter de tap van een blad geparkeerd, net boven een contragewicht dat niet was verlicht om het weghalen van de bestrating te compenseren. Veiligheidssloten kunnen ook niet goed zijn vastgezet of defect zijn. De andere kant van de brug werd geopend om een ​​boot door te laten. Toen het zich sloot en met de zijde die naar beneden was blijven paren, werd de statische helft voldoende geschud om zijn onevenwichtige energie vrij te geven. Volgens een analyse in de Journal of the American Society of Mechanical Engineers sprong het blad "zonder waarschuwing op, als een gigantische katapult, waarbij apparatuur en puin honderden meters over Wacker Drive in bussen, auto's en voetgangers werd geslingerd". . Het artikel vervolgde:"De snelle draaiing van de brug scheurde hem van de taplagers en de hele overspanning sloeg op de bodem van de contragewichtkuil." Zes mensen raakten gewond toen ze uit een bus klauterden die was getroffen door rondvliegend puin, en de achterruit van een bezette auto werd vernield door de sloopkogel die aan de kraan was bevestigd toen deze van de brug viel.

De Toekomst

Er zijn twee categorieën beweegbare bruginnovaties. Verfijningen van traditionele ontwerpen omvatten het minimaliseren van de constructie van grote, verzonken putten om contragewichten te ontvangen wanneer de brug open is. De 17th Street Causeway Bridge in Fort Lauderdale, Florida, die in 1998 is begonnen, maakt het bijvoorbeeld mogelijk dat compacte contragewichten binnen V-vormige steunpijlers zwaaien in plaats van in kelders onder omvangrijke pijlers. De South Eighth Street Bridge in Sheboygan, Wisconsin, voltooid in 1995, werkt zonder tegengewicht ondanks het relatief zware, gewapende betonnen dek. In plaats van tandwielaangedreven te zijn, wordt de 82 ft (25 ni) lange bascule met één blad bewogen door een krachtig hydraulisch systeem.

Andere beweegbare bruginnovaties introduceren geheel nieuwe concepten. De Baltic Millennium Bridge in Gateshead, Engeland (die in 2001 voor het publiek zal worden geopend), bestaat bijvoorbeeld uit twee parabolische bogen die met elkaar zijn verbonden door een reeks parallelle kabels. Wanneer de brug gesloten is, is de ene boog horizontaal en de andere verticaal. De brug wordt geopend door verticaal te draaien als een complete eenheid, waarbij de horizontale boog wordt verhoogd en de verticale boog wordt verlaagd totdat beide ongeveer 45 ° en 164 ft (50 m) boven het wateroppervlak rusten. De constructie van staal en aluminium is ontworpen om voetgangers en fietsverkeer over de 125 meter brede rivier de Tyne te vervoeren.