Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Manufacturing Technology >> Productieproces

Hangbrug

In een hangbrug wordt het verkeersdragende dek ondersteund door een reeks staalkabels die hangen aan massieve kabels die tussen hoge torens zijn gedrapeerd. De Brooklyn Bridge in New York City en de Golden Gate Bridge in San Francisco zijn twee van de bekendste hangbruggen. De Akashi Kaikyo-brug in Japan, die in 1998 werd voltooid, bevat 's werelds langste ophangoverspanning (afstand tussen steuntorens) - 6.529 ft (1.991 m); de hele brug, inclusief de delen tussen de torens en de oevers, is in totaal bijna 4 km lang. De bouw van de Akashi Kaikyo-brug duurde tien jaar, kostte 3,6 miljard dollar en er waren slechts zes gewonden (geen doden). Een eeuw eerder duurde de bouw van de Brooklyn Bridge, met een overspanning van 490 m, 14 jaar en kostte 27 mensenlevens.

Achtergrond

Hangbruggen zijn een van de vroegste typen die door de mens zijn bedacht. De meest primitieve versie is een klimtouw dat twee kanten van een kloof verbindt; een persoon reist over door aan het touw te hangen en zichzelf hand over hand voort te trekken. Dergelijke primitieve bruggen - sommige wel 200 m lang - worden nog steeds gebruikt in gebieden zoals het landelijke India. Iets meer verfijnde ontwerpen bevatten een vlak oppervlak waarop een persoon kan lopen, soms met behulp van leuningen van wijnstokken.

Tegen de achtste eeuw bouwden Chinese bruggenbouwers hangbruggen door planken tussen paren ijzeren kettingen te leggen, in wezen een flexibel dek dat op kabels rust. Soortgelijke bruggen werden in de daaropvolgende eeuwen in verschillende delen van de wereld gebouwd. Maar het moderne tijdperk van hangbruggen begon pas in 1808 toen een Amerikaan, James Finley genaamd, patent had op een systeem om een ​​stijf dek op te hangen aan de kabels van een brug.

Hoewel Finley meer dan een dozijn kleine bruggen bouwde, werd de eerste grote brug waarin zijn techniek was verwerkt, gebouwd door Thomas Telford over de Menai Straits in Engeland. Voltooid in 1825, had stenen torens 153 ft (47 m) hoog, was 1710 ft (521 m) lang en pochte een overspanning van 580 ft (177 m). De rijbaan, die 30 voet (9 m) breed was, is gebouwd op een stijf platform opgehangen aan ijzeren kettingkabels. De brug is nog steeds in gebruik, hoewel de ijzeren kettingen in 1939 werden vervangen door stalen staafschakels.

Een andere Amerikaan, John Roebling, ontwikkelde halverwege de 19e eeuw twee belangrijke verbeteringen aan het ontwerp van hangbruggen. Een daarvan was om het stijve dekplatform te verstijven met spanten (reeksen van horizontale en verticale liggers die gekruist zijn met diagonale balken). De ervaring had geleerd dat wind- of ritmische verkeersbelastingen onvoldoende verstijfde dekken in trillingen konden sturen die uit de hand konden lopen en een brug letterlijk uit elkaar konden scheuren.

Roeblings andere belangrijke innovatie was de aanleg van de ondersteunende kabels van de brug. Rond 1830 hadden Franse ingenieurs aangetoond dat kabels die uit vele strengen draad bestonden, beter werkten dan kettingen om bruggen op te hangen. Roebling ontwikkelde een methode om de kabels op hun plaats op de brug te 'spinnen' of te construeren in plaats van onhandige geprefabriceerde kabels te transporteren en op hun plaats te werken. Zijn methode wordt nog steeds vaak (maar niet uitsluitend) gebruikt op nieuwe bruggen.

De geschiedenis van hangbruggen is rijkelijk bestrooid met voorbeelden van succesvolle bruggen waarvan algemeen werd aangenomen dat ze onmogelijk waren toen ze werden voorgesteld door een visionaire ingenieur. Een voorbeeld was een spoorbrug Roebling gebouwd tussen 1851-1855 over de Niagra River kloof. De eerste met truss verstevigde hangbrug, werd ondersteund door vier kabels met een diameter van 10 inch (250 cm) die tussen stenen torens waren gespannen. Veertig jaar na voltooiing droeg de brug met succes het verkeer 2,5 keer zo zwaar als waarvoor het was ontworpen; op dat moment was het met pensioen en ontmanteld.

Een liggende staalkabel staat voor de ophangkabel van de nieuwe Tacoma, Washington, Narrows Bridge op 21 oktober 1949.

De Tacoma Narrows Bridge was de op twee na grootste hangbrug ter wereld en slechts vijf maanden oud toen hij op zaterdag 7 november 1940 instortte. ) hoge torens, terwijl de zijoverspanningen elk 1.100 ft (304,8 m) lang waren. De ophangkabels hingen aan de torens en werden 1.000 ft (304,8 m) terug naar de oevers verankerd. De ontwerper, Leon Moisseiff, was een van 's werelds meest vooraanstaande brugingenieurs.

De bedoeling van Moisseiff was om een ​​zeer slanke dekoverspanning te maken die zachtjes tussen de hoge torens boog. Zijn ontwerp combineerde de principes van kabelophanging met een liggerontwerp van stalen plaatverstijvers - die langs de kant van de rijbaan liepen - die waren gestroomlijnd tot slechts 2,4 m (2,4 m) diep.

De brug van $ 6,4 miljoen kreeg de bijnaam "Galloping Gertie" door mensen die zijn vreemde gedrag ervoeren. Gedwongen om golvingen te doorstaan ​​die het dek deed slingeren en rolden, klaagden werklieden over zeeziekte. Na de opening werd het een uitdagend sportevenement voor automobilisten om over te steken, zelfs bij weinig wind, en klachten over zeeziekte werden gemeengoed.

Ingenieurs van de staats- en tolbrugautoriteiten waren meer dan een beetje nerveus over het gedrag van de slanke overspanning met twee rijstroken, die slechts 1,9 m breed was. De geringe diepte in verhouding tot de lengte van de overspanning (8-2800 ft [2,4-853,4 m]) resulteerde in een verhouding van 1:350, bijna drie keer flexibeler dan de Golden Gate- of George Washington-bruggen. Ingenieurs probeerden verschillende methoden om de trillingen te stabiliseren, maar geen enkele werkte.

Getuigen waren onder meer Kenneth Arkin, voorzitter van de Toll Bridge Authority, en professor Farquharson. Om 10.00 uur zag Arkin dat de windsnelheid was gestegen van 38-42 mijl (61,1-67,6 km) per uur, terwijl het dek in één minuut 38 keer steeg en daalde 3 ft (0,9 m). Hij en Farquharson stopten het verkeer.

Leonard Coatsworth, een journalist, had zijn auto midden op de brug laten staan ​​toen hij vanwege de golvingen niet verder kon rijden. Hij draaide zich even om en herinnerde zich dat de hond van zijn dochter in de auto zat, maar op zijn handen en knieën werd gegooid. Om 10.30 uur begonnen de bretels te scheuren, waardoor het dek kapot ging en Coatsworth's auto het water in werd geslingerd. Binnen een half uur viel de rest van het dek stuk voor stuk.

Ingenieurs die het probleem van de draaiende bruggen onderzochten, konden verklaren dat wind de brug niet altijd onder dezelfde hoek en met dezelfde intensiteit raakt. Wind die van onderaf komt, tilt bijvoorbeeld één rand op en duwt de tegenovergestelde naar beneden. Het dek, probeert zichzelf recht te trekken, draait terug. Herhaalde wendingen groeien in amplitude, waardoor de brug in verschillende richtingen oscilleert. De studie van windgedrag groeide uit tot een hele technische discipline die aerodynamica wordt genoemd. Uiteindelijk is er geen brug, gebouw of andere zichtbare constructie ontworpen zonder een model in een windtunnel te testen. Met de ontwikkeling van grafische mogelijkheden worden sommige van deze tests nu op computers gedaan.

In 1869 stierf Roebling bij een ongeval tijdens het onderzoeken van de site voor de Brooklyn Bridge, die hij had ontworpen. Zijn zoon, Washington Roebling, bracht de volgende 14 jaar door met het bouwen van het beroemde bouwwerk. Dit was de eerste hangbrug die kabels van staal gebruikte in plaats van smeedijzer (een relatief zacht type ijzer dat, hoewel heet, door machines kan worden gevormd of door hameren kan worden gevormd). Elk van de vier kabels met een diameter van 16 inch (40 cm) bestaat uit meer dan 5.000 parallelle strengen staaldraad. Meer dan een eeuw na zijn voltooiing vervoert de Brooklyn Bridge zware lasten van modern verkeer.

Een andere historische hangbrug werd tussen 1933 en 1937 gebouwd door Joseph Strauss over de Golden Gate - de monding van de Baai van San Francisco. De Golden Gate Bridge is 6.450 ft (1.966 m) lang, met een hoofdoverspanning van 4.200 ft (1280 m). De twee torens zijn 746 ft (227 m) lang; ze ondersteunen twee 7.125 ton (6,5 miljoen kg) kabels die in totaal 80.000 mijl (129.000 km) staaldraad bevatten. Ondanks strenge veiligheidsmaatregelen stierven 11 arbeiders; 19 werden gered door een vangnet dat tijdens de bouw onder het dek hing - een innovatie die standaard werd bij latere brugprojecten.

Een van de meest bekende brugstoringen in Amerika was de ineenstorting van de Tacoma Narrows Bridge op Puget Sound in de staat Washington in 1940. Toen de op twee na langste hangbrug ter wereld, was het ontworpen om uitzonderlijk strak te zijn. Alleen breed genoeg voor twee rijstroken en trottoirs, de overspanning was 2800 ft (853 m) lang. In plaats van verstijfd met spanten, werd het dek versterkt door twee stalen liggers die slechts 8 ft (2,4 m) hoog waren, met enkele dwarsverbanden die ze met elkaar verbonden. Dit ontwerp zorgde niet alleen voor minder stijfheid dan spanten, maar het liet de wind ook toe om sterke krachten op de constructie uit te oefenen in plaats van onschadelijk door een open spantenopstelling te gaan. Vier maanden nadat het voltooid was, werd de brug in een patroon van toenemende oscillaties geplaatst door 42 mph (68 km / h) wind en scheurde zichzelf uit elkaar. De vervangende brug, tien jaar later gebouwd, is ontworpen met een dek dat verstevigd is met een stalen spant van 10 meter dik.

Grondstoffen

Veel van de onderdelen van een hangbrug zijn gemaakt van staal. De liggers die worden gebruikt om het dek stijf te maken, zijn daar een voorbeeld van. Staal wordt ook gebruikt voor de zadels, of open kanalen, waarop de kabels rusten bovenop de torens van een hangbrug.

Wanneer staal tot draden wordt getrokken (uitgerekt), neemt de sterkte ervan toe; daardoor is een relatief flexibele bundel staaldraden sterker dan een massieve stalen staaf van dezelfde diameter. Dit is de reden waarom staalkabel wordt gebruikt om hangbruggen te ondersteunen. Voor de Akashi Kaikyo-brug is een nieuw laaggelegeerd staal ontwikkeld, versterkt met silicium; de treksterkte (weerstand tegen trekkrachten) is 12% groter dan bij elke eerdere formulering van staaldraad. Bij sommige hangbruggen zijn de staaldraden die de kabels vormen gegalvaniseerd (gecoat met zink).

De torens van de meeste hangbruggen zijn gemaakt van staal, hoewel er enkele zijn gebouwd van met staal versterkt beton.

Ontwerp

Elke hangbrug moet individueel worden ontworpen om rekening te houden met veel factoren. De geologie van de locatie vormt bijvoorbeeld een fundament voor de torens en kabelverankeringen en kan vatbaar zijn voor aardbevingen. De diepte en aard van het water dat wordt overbrugd (bijvoorbeeld zoet of zout water en de sterkte van stromingen) kan zowel het fysieke ontwerp als de materiaalkeuze beïnvloeden, zoals beschermende coatings voor het staal. In bevaarbare wateren kan het nodig zijn om een ​​toren te beschermen tegen mogelijke aanvaringen van schepen door aan de basis een kunstmatig eiland te bouwen.

Sinds de ramp met de Tacoma Narrows Bridge zijn alle nieuwe brugontwerpen getest door schaalmodellen in windtunnels te plaatsen, zoals het ontwerp van de Golden Gate Bridge was geweest. Zo werd voor de Akashi Kaikyo-brug 's werelds grootste windtunnel gebouwd om modellen van brugdelen op schaal 1/100 te testen.

Bij zeer lange bruggen kan het nodig zijn om bij het ontwerp van de torens rekening te houden met de kromming van de aarde. Bijvoorbeeld, in de Verrazano Narrows Bridge in New York, zijn de torens, die 700 ft (215 m) hoog zijn en 4260 ft (298 m) uit elkaar staan, aan de bovenkant ongeveer 1,75 in (4,5 cm) verder uit elkaar dan ze op zijn de onderkant.

Het fabricageproces

De bouw van een hangbrug omvat de opeenvolgende constructie van de drie Torenconstructies die in het water zullen staan, beginnen met caissons (een stalen en betonnen cilinder die fungeert als een cirkelvormige dam) die onder water op de grond worden neergelaten, van water worden ontdaan en gevuld met beton ter voorbereiding van de eigenlijke torens. belangrijkste componenten:de torens en kabelverankeringen, de steunkabel zelf en de dekstructuur.

Torenbouw

  • 1 Torenfunderingen worden voorbereid door af te graven tot een voldoende stevige rotsformatie. Sommige bruggen zijn zo ontworpen dat hun torens op het droge worden gebouwd, wat de constructie gemakkelijker maakt. Als een toren in het water staat, begint de constructie met het naar de grond onder water laten zakken van een caisson (een stalen en betonnen cilinder die als een cirkelvormige verdomde fungeert); Door het water uit het interieur van de caisson te verwijderen, kunnen arbeiders een fundering uitgraven zonder daadwerkelijk in het water te werken. Wanneer de uitgraving is voltooid, wordt een betonnen torenfundering gevormd en gestort.
  • 2 Constructiedetails verschillen per unieke brug. Neem als voorbeeld de Akashi Kaikyo-brug. Elk van de twee stalen torens bestaat uit twee kolommen. Elke kolom is samengesteld uit 30 verticale blokken (of lagen), die elk 33 ft (10 m) zijn Verankeringen - constructies die de kabels van de brug ondersteunen - zijn massieve betonblokken die stevig aan sterke rotsformaties zijn bevestigd. Wanneer de torens en verankeringen zijn voltooid, moet een pilootlijn worden gespannen langs het uiteindelijke pad van de kabel, van de ene verankering over de torens naar de andere verankering. hoog; elk van deze blokken bestaat op hun beurt uit drie horizontale secties. Een kraan die tussen de kolommen was geplaatst, tilde drie secties op hun plaats op elke kolom, waardoor een laag werd voltooid. Na het voltooien van een blok op elke kolom, werd de "bootstrapping" -kraan opgekrikt naar het volgende niveau, waar het de secties van de volgende laag op hun plaats tilde. Op gepaste intervallen werd tussen de kolommen diagonale verstevigingen aangebracht.

Ankerconstructie

  • 3 Verankeringen zijn de constructies waaraan de uiteinden van de kabels van de brug zijn bevestigd. Het zijn massieve betonblokken die stevig aan sterke rotsformaties zijn bevestigd. Tijdens de constructie van de verankeringen worden sterke oogbalken (stalen staven met een rond gat aan één uiteinde) in het beton ingebed. Voor de verankering is een sproeizadel gemonteerd, dat de kabel ondersteunt op het punt waar de afzonderlijke draadbundels (zie stap 5) uitwaaieren - elke draadbundel wordt vastgemaakt aan een van de oogbalken van de verankering.

Kabelconstructie

  • 4 Wanneer de torens en de verankeringen zijn voltooid, moet een pilootlijn worden gespannen langs het uiteindelijke pad van de kabel, van de ene verankering over de torens naar de andere verankering. Er kunnen verschillende methoden worden gebruikt om de pilootlijn te positioneren. Voor de Niagra River-brug bood Roebling bijvoorbeeld een beloning van $ 10 aan aan de eerste jongere die een vlieger kon besturen met een pilootlijn die over de kloof was bevestigd om de verbinding te maken. Tegenwoordig kan een helikopter worden gebruikt. Of de lijn kan per boot over het uitgestrekte gebied worden gebracht en vervolgens op zijn plaats worden getild. Wanneer de pilootlijn op zijn plaats is, wordt een loopbrug gebouwd over de gehele lengte van de brug, ongeveer 3 ft (1 m) onder de pilootlijn, zodat werknemers de kabelformatie kunnen verzorgen.
  • 5 Om te beginnen met het spinnen van de kabel, wordt een grote spoel draad bij de verankering geplaatst. Het vrije uiteinde van de draad wordt rond een strengschoen gelust (een stalen kanaal dat aan een oogbalk is verankerd). Tussen de spoel en de strengschoen wordt de draad rond een spinnewiel gelust dat op de pilootlijn is gemonteerd. Dit wiel draagt ​​de draad over het pad van de brug en de draad wordt bij de andere verankering om een ​​strengschoen gelust; het wiel keert dan terug naar de eerste verankering en legt een andere streng op zijn plaats. Het proces wordt herhaald totdat een bundel van het gewenste aantal draadstrengen is gevormd (dit varieert van ongeveer 125 strengen tot meer dan 400). Tijdens het spinnen zorgen arbeiders die op de loopbrug staan ​​ervoor dat de draad soepel afrolt, waardoor eventuele knikken worden verwijderd. Als de spoelen uitgeput zijn, wordt het uiteinde van de draad vanaf een nieuwe spoel aan de draad gesplitst, waardoor een ononderbroken streng wordt gevormd. Wanneer de bundel dik genoeg is, worden met tussenpozen tape of draadbanden aangebracht Zodra de verticale kabels aan de hoofdsteunkabel zijn bevestigd, moet de dekconstructie in beide richtingen vanaf de Ondersteun torens met de juiste snelheid om de krachten op de torens te allen tijde in evenwicht te houden. Een bewegende kraan tilt deksecties op hun plaats, waar arbeiders ze bevestigen aan eerder geplaatste secties en aan de verticale kabels die aan de hoofdophangkabels hangen. om de draden bij elkaar te houden. De draad die van de spoel komt, wordt doorgesneden en vastgemaakt aan de verankering. Dan begint het proces opnieuw voor de volgende bundel.

    Het aantal bundels dat nodig is voor een complete kabel varieert; op de Golden Gate Bridge is het 61 en op de Akashi Kaikyo-brug is het 290. Wanneer het juiste aantal is gesponnen, wordt een speciale opstelling van radiaal geplaatste vijzels gebruikt om de bundels samen te persen tot een compacte kabel, en staaldraad wordt omwikkeld eromheen. Stalen klemmen worden op vooraf bepaalde intervallen rond de kabel gemonteerd om als verankeringspunten te dienen voor de verticale kabels die het terras met de steunkabel verbinden.

Dekconstructie

  • 6 Nadat verticale kabels aan de hoofdsteunkabel zijn bevestigd, kan de dekconstructie worden gestart. De constructie moet met de juiste snelheid in beide richtingen vanaf de steuntorens worden gebouwd om de krachten op de torens te allen tijde in evenwicht te houden. Bij één techniek tilt een bewegende kraan die bovenop de hoofdophangkabel rolt de deksecties op hun plaats, waar arbeiders ze bevestigen aan eerder geplaatste secties en aan de verticale kabels die aan de hoofdophangkabels hangen, waardoor de volledige lengte wordt verlengd. Als alternatief kan de kraan direct op het dek rusten en naar voren bewegen wanneer elke sectie wordt geplaatst.

Afwerking

  • 7 Als de dekconstructie klaar is, wordt deze bedekt met een basislaag (bijvoorbeeld stalen platen) en bestraat. Het schilderen van de stalen oppervlakken en het installeren van elektrische leidingen voor verlichting zijn voorbeelden van andere afwerkingsstappen. Bovendien beginnen de lopende onderhoudsprocedures. Zo werkt een vaste staf van 17 ijzerwerkers en 38 schilders dagelijks aan de Golden Gate Bridge, waarbij ze corroderende klinknagels en andere stalen onderdelen vervangen en de verf bijwerken die de brug beschermt.

De Toekomst

Elke hangbrug is uniek ontworpen, met aandacht voor zowel functie als esthetiek. Er kunnen nieuwe materialen worden gebruikt, of zelfs ontwikkeld, om de brug minder volumineus en efficiënter te maken. En innovatieve ontwerpers creëren soms ongebruikelijke oplossingen voor hun uitdagingen. Het in 1998 goedgekeurde ontwerp ter vervanging van de oostelijke overspanning van de San Francisco-Oakland Bay Bridge, die zwaar beschadigd was door een aardbeving in 1989, is bijvoorbeeld een hangbrug die wordt ondersteund door slechts één toren. De hoofdkabels zijn verankerd, niet in de hierboven beschreven massieve verankeringen, maar in de dekondersteuningsstructuur van de brug zelf.

Misschien zijn de meest ambitieuze plannen die momenteel in ontwikkeling zijn voor een nieuwe hangbrug die om Sicilië met het Italiaanse vasteland te verbinden. Omdat de steuntorens moeten worden gebouwd aan de tegenovergestelde oevers van de Straat van Messina, zal de hoofdoverspanning 9.500-10.800 ft (2.900-3.300 m) lang zijn. Een voorgesteld ontwerp maakt gebruik van torens die 1.312 ft (400 m) lang zijn. Ontwikkelaars hopen de brug tegen 2006 te bouwen.


Productieproces

  1. Amber
  2. Gecondenseerde Soep
  3. Goaliemasker
  4. Guillotine
  5. Grafsteen
  6. Bokszak
  7. Pyrex
  8. granaatscherven
  9. Silicium
  10. Wodka
  11. IJzer