Du kan ha gått over en bjelkebro uten å være klar over det hvis du er ingeniørstudent eller ingeniør.
Bjelkebroer er veldig viktige for hverdagen min.
Noen av de vanligste bygningene i verden, disse broene bærer veier og motorveier over elver, daler og andre naturlige hindringer.
Men har du noen gang tenkt på hvordan bjelkebroer fungerer og hvorfor de er en så viktig del av moderne ingeniørkunst? Fra materialene som brukes til å konstruere dem til designhensynene som er nødvendige for deres suksess, er det mye å lære om bjelkebroer.
Så la oss utforske den fascinerende verdenen til bjelkebroer og den avgjørende rollen de spiller i min transportinfrastruktur.
Introduksjon til bjelkebroer
Formell definisjon:
En fast konstruksjon som består av en serie stål- eller betongbjelker plassert parallelt med trafikken og støtter veien direkte på deres toppflenser.
En bjelkebro er en enkel type bru som har vært brukt i hundrevis av år fordi den er billig og enkel å bygge.
I denne typen bro holder brygger opp hver ende av en horisontal bjelke.
Vekten av bjelken går rett ned på bryggene.
Denne typen design kalles "simply supported" fordi den er enkel å bygge.
Komponenter av en bjelkebro
Det er to hoveddeler som utgjør en bjelkebro: overbygningen og underbygningen.
Overbygningen bærer vekten av lasten når den passerer gjennom broen, og den omfatter dekksplate, dragere, fagverk eller andre lignende konstruksjoner.
Dekket støtter ikke bare vekten av lasten, men det bidrar også til å sende vekten til broens underkonstruksjon.
På den annen side holder underbygget opp overbygget og sprer vekten av overbygget over fotfester og fundament.
Den består av brygger, distanser og vingevegger som hjelper lastvekten å komme til bakken.
Styrke og vektkapasitet til bjelkebroer
En bjelkebros styrke og vektbegrensning avhenger av en rekke ting, som lengde, bredde, høyde, avstand mellom pilarer og materialene den er laget av.
Mesteparten av tiden er bjelkebroer ikke bra for lange avstander med mindre det er mange av dem.
Hvor sterk brua er avhenger også av hvor mye plass det er mellom bryggene.
Hvis avstanden mellom bryggene er for stor, kan bjelken synke ned, noe som kan føre til en katastrofal svikt.
Sammenligning med andre typer broer
Buebroer, hengebroer, skråstagsbroer og fagverksbroer er noen andre typer broer.
Buebroer er bygd opp av buede strukturer som overfører belastninger til anslag i hver ende gjennom kompresjon.
Hengebruer holder opp veien med kabler som henger fra tårn.
Veien på en skråstagsbro holdes oppe av kabler som er direkte festet til tårn.
Fagverksbroer bruker trekantformede stykker kalt takstoler for å spre vekten av broen jevnt over strukturen.
Hver brotype har sine egne fordeler og ulemper som avhenger av ting som lengden på spennet, type terreng, hvor mye det koster å bygge, og hvor ofte det må vedlikeholdes.
Oppdag påliteligheten og forutsigbarheten til bjelkebroer
Fortsatt vanskelig å forstå? La meg endre synspunktet litt:
Er du lei av spenningen og usikkerheten ved å kjøre over gamle, vaklevorne broer som føles som om de kan falle fra hverandre når som helst? Så, ikke bekymre deg, bjelkebroen er her!
Du kan kjøre over en fast konstruksjon laget av en serie stål- eller betongbjelker plassert parallelt med trafikken og som støtter veien direkte på deres toppflenser.
Strukturen er pålitelig og sterk, slik at du kan nyte monotonien ved å kjøre over den.
Hvem trenger en opplevelse som får hjertet ditt til å rase og gir deg et sus av adrenalin når du kan ha stabiliteten og forutsigbarheten til en strålebro?
Ok, det var bare en spøk laget for å se ut som en TV-reklame.
La oss nå gå tilbake til forklaringen.
Materialer som brukes i bjelkebroer
Ulike materialer kan brukes til å bygge bjelkebroer, avhengig av prosjektets behov og budsjett.
Hvert valg av materiale har sine egne fordeler og ulemper som ingeniører må tenke nøye gjennom.
Materialalternativer for bjelkebroer
Noen av de vanligste materialene for bjelkebroer er:
- Tre: Tre er et flott byggemateriale for enkle broer over små bekker eller bekker.
Den er også enkel å bruke og god valuta for pengene.
Men tre varer ikke særlig lenge og er ikke bra for lange spenn.
- Betong: Fordi den er sterk og varer lenge, brukes ofte betong til å bygge bjelkebroer.
Den kan brukes til å gjøre broen sterkere og gjøre den mer stiv.
Avhengig av prosjektets behov kan betongelementer forhåndsstøpes eller støpes på plass.
- Stål: Stål er et allsidig materiale som kan brukes for korte eller lange spenn, avhengig av prosjektets behov.
Stål er sterkt og varer lenge, men det kan være dyrt.
- Steinheller: Steinheller kan brukes til å bygge bjelkebruer på steder hvor det er mye naturstein.
Steinbruer kan se fine ut og vare lenge, men de kan være dyre å bygge og holde ved like.
Faktorer å vurdere i Beam Bridge Design
Når du designer og bygger en bjelkebro, er det et par ting du må huske på for å sikre at broen er sterk, varer lenge og er enkel å vedlikeholde.
Lastekapasitet og miljøforhold
Den primære bæreevnen til dragerne er basert på lengden på spennet, hvor mye vekt den kan holde og været.
Ingeniører må finne ut alt som kan tynge en bro, som biler, mennesker, snø, regn, vind og vekten av broen, rekkverkene og skiltene.
Lastene påvirker størrelsen på bryggene og dragerne, noe som endrer hvordan en ingeniør designer en bro.
Bryggene og bærebjelkene for broer for folk som går eller sykler er mye mindre enn for biler eller tog.
Tverrsnittsareal av medlemmet
Størrelsen på bjelkens tverrsnitt er en viktig del av å finne ut hvor sterk den er.
Tverrsnittsarealberegninger er forskjellige for hver bjelkeform, men I-formede bjelker er best for å bøye i én retning (opp og ned).
Hvis du ønsker å bevege deg i to retninger, er en boks eller hulstruktur best.
I designprosessen må du finne ut belastningene, finne ut hva den høyeste belastningen er, og finne ut koeffisienten basert på størrelsen på tverrsnittsarealet til elementet.
Så Zx = (Kraft x Lengde) (Fy x 4), der Zx måles i tommer terninger (in3).
Forspenning
Ved belastning av betong holder langsgående og tverrgående forspenning trykkspenningene i betongen.
Dette gir strukturen styrke og holdbarhet.
Holdbarhet og vedlikeholdskrav
Bjelkebroer varer lenger fordi de er enkle å bygge.
Men de har en svakhet ved at de ikke overfører vekt når folk går over dekk.
Hvis broen alltid settes på samme sted og får like mye vekt, begynner støttemekanismene å spenne seg etter hvert som broen blir eldre.
Så når man bygger broer, må ingeniører tenke på alle belastningene som kan påvirke dem.
Bjelkebruer er billige å bygge, men de kan være dyrere å holde tritt med enn andre typer bruer.
Kostnadene for vedlikehold avhenger av ting som været og hvor mye vekt som alltid legges på enkelte deler av broen.
Fordeler med bjelkebroer
Bjelkebroer er en vanlig type bro fordi de har mange gode poeng.
Kostnadseffektiv og enkel å bygge
For det første er bjelkebroer enkle å bygge og kan settes sammen raskt, noe som gjør dem til et kostnadseffektivt valg.
Dette er fordi bjelkebroer er enkle å bygge og trenger ikke så mange materialer som andre typer broer.
Fordi bjelkebroer har en enkel design, kan de lages av et bredt spekter av materialer, som tre, betong og stål.
Enkel å vedlikeholde og reparere
For det andre er veien på en bjelkebro enkel å fikse og holde i god form.
Dette er fordi veien er bygget separat fra bjelkene som holder den oppe.
Dette gjør det enkelt å foreta reparasjoner.
Designalternativer
Det er mange måter å bygge en bjelkebro på, for eksempel med side-ved-side-bjelker, I-bjelker, boksdragere eller takstoler.
De kan også være halvveis eller avstivet.
Bjelkebroer kan brukes nesten hvor som helst på grunn av disse alternativene.
De er den vanligste typen bro langs motorveier fordi de kan bære nok vekt raskt og la trafikk passere under dem.
Ulemper med bjelkebroer
Bjelkebroer har noen gode poenger, men de har også noen problemer som må tenkes på.
Begrenset spenn
Bjelkebroer har et begrenset spenn, noe som gjør at store båter eller biler ikke kan gå under dem.
Store skip eller båter som er tunge kan heller ikke gå under dem.
På grunn av dette kan de ikke holde veldig tunge belastninger eller spenn som er veldig lange.
Ikke egnet for høyhastighetstrafikk
Dessuten er bjelkebroer ikke bra for høyhastighetstrafikk fordi de ikke er like stabile som andre typer broer.
En "one size fits all"-tilnærming er ikke veldig nyttig fordi forskjellige typer spenn kan være nødvendig på forskjellige steder eller av forskjellige grunner.
Trafikk- og bjelkebroer
Hvor stabil og langvarig en bjelkebru er kan avhenge mye av hvor mye trafikk den får.
Det er viktig å vite hvordan trafikktyngden påvirker bjelkebruer og hva som kan gjøres for å redusere skadene som kan skje.
Virkning av trafikkvekt
Trafikk kan føre til at brua endrer form over tid, noe som kan skade strukturen og få den til å vare mindre lenge.
Vibrasjoner og andre dynamiske effekter kan også skje med broen, noe som kan føre til tretthetssvikt eller mindre nytte.
Disse effektene kan bli verre hvis broen er i et tøft miljø eller hvis den brukes for mye.
Redusere potensiell skade
Flere ting kan gjøres for å redusere skaden som kan skje:
- Styrking av brostrukturen: Broer kan lages for å holde mer vekt ved å gjøre konstruksjonsdelene større, legge til forsterkninger eller bruke materialer med høyere styrke.
- Redusere trafikkvektgrenser: Trafikkvektgrenser kan håndheves for å senke den maksimale vekten som kjøretøyer har lov til å bære, noe som reduserer belastningen på broen.
Øk vedlikehold og inspeksjoner.
Regelmessig vedlikehold og inspeksjoner kan bidra til å finne problemer før de blir verre.
Dette kan omfatte utbedring av skader, kontroll av strukturens helse og iverksetting av tiltak for å kontrollere trafikken.
Evaluering og design
Ved prosjektering og evaluering av bjelkebruer er det viktig å tenke på hvor mye trafikk som vil være på brua og hva slags skader som kan skje.
I de tidlige stadiene av bygging av en bjelkebro og hele veien gjennom konstruksjonen, må den strukturelle stabiliteten til bruas overbygg kontrolleres.
Bruer må ha nok redundans- og kapasitetssikringstiltak til å gjøre det mindre sannsynlig at de ryker under tung belastning.
Full designbelastning kan legges på peler i abutments hvis hullet er stort nok til å forhindre at peler setter seg fast og la betong fylle det.
Dynamisk lasttillegg brukes kun for den levende lasten på lastebilen, ikke for den levende lasten på banen.
Strålebroer og naturkatastrofer
Bjelkebroer kan utformes for å motstå naturkatastrofer som jordskjelv og sterk vind.
Men for at dette skal skje, må ingeniører tenke nøye gjennom en rekke ting når de designer broen.
Materialer og designløsninger
Stål er en fin måte å gjøre en bygning sterkere slik at den tåler sterk vind eller jordskjelv fordi den lett kan bøyes.
En bjelkebro kan også gjøres sterkere og mer holdbar ved hjelp av armert betong.
Også tekniske løsninger som seismiske isolasjonssystemer og dempere kan bygges inn i broen for å gjøre den mer motstandsdyktig mot jordskjelv og andre naturkatastrofer.
Vind- og jordskjelvmotstand
Ingeniører bygger modeller av broer og legger dem i vindtunneler for å sikre at de tåler bølger og sterk vind.
Hengebroer er laget for å bevege seg med vinden og under naturkatastrofer som et jordskjelv.
Dessuten må materialene som brukes til å bygge broen velges med omhu for å sikre at de tåler kreftene som jobber.
Nye brodesign
Nye brodesign, som de med HSR (High-Strength Reinforcement)-søyler, tåler store jordskjelv med liten skade og trenger bare mindre reparasjoner, sannsynligvis uten å måtte stenge broen.
American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) satte denne nye designen på prøve og fant ut at den tåler naturkatastrofer.
Effekten av konstruksjon av bjelkebro
Når en bjelkebro bygges og holdes i god form, kan den ha en rekke kortsiktige og langsiktige effekter på miljøet og samfunnet rundt seg.
I byggefasen bruker prosessen med å installere ting mye drivstoff og forurenser mer.
Dessuten bremser det trafikken, noe som kan forårsake trafikkork og støyforurensning i området.
Støyforurensning kan rote med dyrs naturlige vaner og gjøre hjemmene deres mindre.
Dessuten kan det å bygge en bro påvirke hvor godt fortauet fungerer, noe som kan gjøre trafikken enda verre.
Konsekvenser av vedlikehold og reparasjoner
Langsiktige bjelkebroer må fikses og vedlikeholdes ofte, noe som også kan påvirke miljøet og samfunnet i nærheten.
Reparasjoner og vedlikehold kan forårsake trafikkbelastning og støyforurensning, samt forstyrre lokalt næringsliv ved å forårsake veistenginger eller omkjøringer som gjør det vanskelig for kundene å få tilgang til dem.
Økonomiske konsekvenser
Den økonomiske effekten av brobygging og vedlikehold på omkringliggende lokalsamfunn og virksomheter er også betydelig.
Bygging av en bro har direkte effekter som å skape arbeidsplasser, og indirekte effekter som å få flere til å ønske å kjøpe varer og tjenester.
Men å bygge en bro kan også skade lokale bedrifter ved å stenge veier eller sette dem på omveier som gjør det vanskelig for kundene å komme til dem.
Redusere miljøpåvirkninger
Bygging og vedlikehold av bjelkebruer kan ha mindre effekt på miljøet dersom de bygges raskere.
Prefabrikkerte broer som er laget kun for et prosjekt kan brukes til å kutte ned på drivstoffbruk, forurensning, trafikkforsinkelser og problemer med fortauet.
Forurensningsforebyggende planer bør også settes på plass for å forhindre at dårlige ting skjer med arbeidstakere, nærliggende mennesker og miljøet.
Til syvende og sist kan bygging og vedlikehold av en bjelkebro ha store effekter på miljøet og samfunnet rundt den, som trafikkork, støyforurensning og problemer for lokalt næringsliv.
For å redusere disse effektene, bør metoder for å bygge broer raskere og måter å stoppe forurensning brukes på.
Grunnleggende om brodesign
Tips: Slå på bildetekstknappen hvis du trenger det. Velg "automatisk oversettelse" i innstillingsknappen hvis du ikke er kjent med talespråket. Du må kanskje klikke på språket til videoen først før favorittspråket ditt blir tilgjengelig for oversettelse.
bjelkebro bruker
Broer over motorveier:
Bjelkebroer brukes ofte som motorveibroer, som er en av deres vanligste bruksområder.
Disse broene fører veier over elver, daler og andre naturlige hindringer.
De brukes ofte i byer og forsteder med begrenset plass.
Broer for fotgjengere:
Bjelkebroer kan også brukes som gangbroer for å hjelpe folk å krysse trafikkerte veier eller vannveier på en sikker måte.
Du kan ofte finne disse broene i parker, naturreservater og andre steder hvor folk drar for å nyte naturen.
Bruer for tog:
Bjelkebroer kan også brukes til å frakte tog og andre jernbanekjøretøyer over vannveier eller andre hindringer.
Disse broene er laget for å holde vekten og hastigheten til tog, og de brukes ofte i byer og forsteder hvor jernbanelinjer må krysse trafikkerte veier.
Forretningsbroer:
Bjelkebroer brukes også i fabrikker og havner for å frakte tung last og utstyr over vannveier eller andre hindringer.
Disse broene er laget for å holde vekten av tunge maskiner og kjøretøy, og de er ofte laget for å tåle hardt vær og andre miljøfaktorer.
Kortsiktige broer:
Bjelkebroer kan også brukes som midlertidige broer, noe som gjør dem til en rask og enkel løsning for nødsituasjoner som naturkatastrofer eller når en vei bygges.
Disse broene kan lages på forhånd og settes sammen raskt på stedet.
De kan brukes inntil en mer permanent struktur kan bygges.
Konklusjon
Når vi er ferdige med å lære om bjelkebroer, er det viktig å tenke på hvordan disse strukturene påvirker vår verden i det lange løp.
Bjelkebroer er viktige for transport, men de har også stor effekt på miljøet og samfunnene rundt dem.
For å sikre at disse bygningene er trygge og varer lenge, må de planlegges, bygges og vedlikeholdes nøye.
Når vi beveger oss mot en mer bærekraftig fremtid, er det viktig å forstå hvordan infrastrukturen vår påvirker verden rundt oss.
Ved å fortsette å designe og bygge bjelkebroer på nye og bedre måter, kan vi lage strukturer som ikke bare oppfyller våre transportbehov, men som også har minst mulig negativ effekt på miljøet.
Så la oss fortsette å utforske og presse grensene for ingeniørkunst for å gjøre verden til et bedre sted for alle.
Lenker og referanser
Dele på…
