Du kanske har gått över en balkbro utan att inse det om du är ingenjörsstudent eller ingenjör.
Balkbroar är mycket viktiga för mitt dagliga liv.
Några av de vanligaste byggnaderna i världen, dessa broar bär vägar och motorvägar över floder, dalar och andra naturliga hinder.
Men har du någonsin tänkt på hur balkbroar fungerar och varför de är en så viktig del av modern teknik? Från materialen som används för att konstruera dem till designöverväganden som krävs för deras framgång, det finns mycket att lära om balkbroar.
Så låt oss utforska den fascinerande världen av balkbroar och den avgörande roll de spelar i min transportinfrastruktur.
Introduktion till Beam Bridges
Formell definition:
En fast struktur som består av en serie stål- eller betongbalkar placerade parallellt med trafiken och som stöder vägen direkt på deras övre flänsar.
En balkbro är en enkel typ av bro som har använts i hundratals år eftersom den är billig och enkel att bygga.
I denna typ av bro håller pirerna upp varje ände av en horisontell balk.
Balkens vikt går rakt ner på bryggorna.
Denna typ av design kallas "simply supported" eftersom den är lätt att bygga.
Komponenter i en Beam Bridge
Det finns två huvuddelar som utgör en balkbro: överbyggnaden och underbyggnaden.
Överbyggnaden bär tyngden av lasten när den passerar genom bron, och den består av däcksplatta, balkar, fackverk eller andra liknande strukturer.
Trallen bär inte bara upp lastens vikt, utan det hjälper också till att skicka den vikten till brons underkonstruktion.
Å andra sidan håller underbyggnaden upp överbyggnaden och sprider överbyggnadens tyngd över fot och fundament.
Den består av bryggor, distanser och vingväggar som hjälper lastvikten att komma till marken.
Styrka och viktkapacitet hos beambroar
En balkbros styrka och viktgräns beror på ett antal saker, såsom dess längd, bredd, höjd, avstånd mellan pelare och de material den är gjord av.
För det mesta är balkbroar inte bra för långa sträckor om det inte finns många av dem.
Hur stark bron är beror också på hur mycket utrymme det är mellan pelarna.
Om avståndet mellan pirerna är för stort kan strålen sjunka, vilket kan leda till ett katastrofalt fel.
Jämförelse med andra typer av broar
Bågbroar, hängbroar, kabelstagsbroar och fackverksbroar är några andra typer av broar.
Bågbroar är uppbyggda av böjda strukturer som överför belastningar till distanser i varje ände genom kompression.
Hängbroar håller upp vägen med kablar som hänger från torn.
Vägen på en stagbro hålls uppe av kablar som är direkt fästa i torn.
Fackverksbroar använder triangelformade bitar som kallas fackverk för att fördela tyngden av bron jämnt över strukturen.
Varje typ av bro har sina egna för- och nackdelar som beror på saker som längden på spännvidden, typen av terräng, hur mycket den kostar att bygga och hur ofta den behöver underhållas.
Upptäck tillförlitligheten och förutsägbarheten hos beambroar
Fortfarande svårt att förstå? Låt mig ändra synvinkeln lite:
Är du trött på spänningen och osäkerheten i att köra över gamla, rangliga broar som känns som att de kan falla isär när som helst? Så, oroa dig inte, strålbron är här!
Du kan köra över en fast struktur gjord av en serie stål- eller betongbalkar placerade parallellt med trafiken och stöder vägen direkt på deras övre flänsar.
Dess struktur är pålitlig och stark, så att du kan njuta av monotonin att köra över den.
Vem behöver en upplevelse som får ditt hjärta att springa och som ger dig en adrenalinström när du kan ha stabiliteten och förutsägbarheten hos en strålbro?
Okej, det var bara ett skämt för att se ut som en tv-reklam.
Låt oss nu gå tillbaka till förklaringen.
Material som används i balkbroar
Olika material kan användas för att bygga balkbroar, beroende på projektets behov och budget.
Varje val av material har sina egna för- och nackdelar som ingenjörer måste tänka på noga.
Materialalternativ för balkbroar
Några av de vanligaste materialen för balkbroar är:
- Trä: Trä är ett bra byggmaterial för enkla broar över små bäckar eller bäckar.
Det är också lätt att använda och bra valuta för pengarna.
Men trä håller inte särskilt länge och är inte bra för långa spann.
- Betong: Eftersom det är starkt och håller länge används betong ofta för att bygga balkbroar.
Den kan användas för att göra bron starkare och göra den styvare.
Beroende på projektets behov kan betongelement förgjutas eller gjutas på plats.
- Stål: Stål är ett mångsidigt material som kan användas för korta eller långa spann, beroende på projektets behov.
Stål är starkt och håller länge, men det kan bli dyrt.
- Stenplattor: Stenplattor kan användas för att bygga balkbroar på platser där det finns mycket natursten.
Stenbroar kan se snygga ut och hålla länge, men de kan vara dyra att bygga och hålla igång.
Faktorer att tänka på i Beam Bridge Design
När du designar och bygger en balkbro finns det några saker att tänka på för att se till att bron är stark, håller länge och är lätt att underhålla.
Lastkapacitet och miljöförhållanden
Balkarnas primära bärförmåga baseras på längden på spännvidden, mängden vikt den kan hålla och vädret.
Ingenjörer måste ta reda på allt som kan tynga ner en bro, som bilar, människor, snö, regn, vind och vikten av bron, dess räcken och dess skyltar.
Belastningarna påverkar storleken på pelarna och balkarna, vilket förändrar hur en ingenjör konstruerar en bro.
Pirar och balkar för broar för människor som går eller cyklar är mycket mindre än de för bilar eller tåg.
Medlemmens tvärsnittsarea
Storleken på balkens tvärsnitt är en viktig del för att ta reda på hur stark den är.
Beräkningar av tvärsnittsarea är olika för varje balkform, men I-formade balkar är bäst för att böjas i en riktning (upp och ner).
Om du vill röra dig i två riktningar är en låda eller ihålig struktur bäst.
I designprocessen måste du räkna ut lasterna, räkna ut vad den högsta lasten är och räkna ut koefficienten baserat på storleken på elementets tvärsnittsarea.
Så Zx = (Kraft x Längd) (Fy x 4), där Zx mäts i tum i kub (in3).
Förspänning
När betong belastas håller längsgående och tvärgående förspänning tryckspänningarna i betongen.
Detta ger strukturen styrka och hållbarhet.
Hållbarhet och underhållskrav
Balkbroar håller längre eftersom de är lätta att bygga.
Men de har en svaghet i att de inte överför vikt när folk går över däck.
Om bron alltid sätts på samma ställe och får lika mycket vikt börjar stödmekanismerna bucklas när bron blir äldre.
Så när man bygger broar måste ingenjörer tänka på alla belastningar som kan påverka dem.
Balkbroar är billiga att bygga, men de kan vara dyrare att hålla igång än andra typer av broar.
Kostnaderna för underhåll beror på saker som vädret och hur mycket vikt som alltid läggs på vissa delar av bron.
Fördelar med Beam Bridges
Balkbroar är en vanlig typ av broar eftersom de har många bra poäng.
Kostnadseffektivt och lätt att bygga
För det första är balkbroar enkla att bygga och kan sättas ihop snabbt, vilket gör dem till ett kostnadseffektivt val.
Detta beror på att balkbroar är lätta att bygga och behöver inte lika mycket material som andra typer av broar.
Eftersom balkbroar har en enkel design kan de tillverkas av ett brett utbud av material, som trä, betong och stål.
Lätt att underhålla och reparera
För det andra är vägen på en balkbro lätt att fixa och hålla i god form.
Det beror på att vägen är byggd separat från balkarna som håller upp den.
Detta gör det enkelt att göra reparationer.
Designalternativ
Det finns många sätt att bygga en balkbro, till exempel med balkar sida vid sida, I-balkar, lådbalkar eller takstolar.
De kan också vara halvgenomgående eller stagade.
Balkbroar kan användas nästan var som helst på grund av dessa alternativ.
De är den vanligaste typen av bro längs motorvägar eftersom de kan bära tillräckligt med vikt snabbt och låta trafik passera under dem.
Nackdelar med Beam Bridges
Balkbroar har några bra poäng, men de har också några problem som måste tänkas på.
Begränsat spann
Balkbroar har en begränsad spännvidd, vilket gör att stora båtar eller bilar inte kan gå under dem.
Stora fartyg eller båtar som är tunga kan inte heller gå under dem.
På grund av detta kan de inte hålla mycket tunga laster eller spännvidder som är mycket långa.
Inte lämplig för höghastighetstrafik
Dessutom är balkbroar inte bra för höghastighetstrafik eftersom de inte är lika stabila som andra typer av broar.
Ett tillvägagångssätt "en storlek passar alla" är inte särskilt användbart eftersom olika typer av spann kan behövas på olika platser eller av olika anledningar.
Trafik- och strålbroar
Hur stabil och långlivad en balkbro är kan bero mycket på hur mycket trafik den får.
Det är viktigt att veta hur tyngden av trafiken påverkar balkbroar och vad som kan göras för att minska de skador som kan inträffa.
Inverkan av trafikvikt
Trafiken kan göra att bron ändrar form med tiden, vilket kan skada strukturen och göra att den håller mindre länge.
Vibrationer och andra dynamiska effekter kan också hända på bron, vilket kan leda till utmattningsfel eller mindre användbarhet.
Dessa effekter kan förvärras om bron är i en tuff miljö eller om den används för mycket.
Förhindra potentiell skada
Flera saker kan göras för att minska skadorna som kan hända:
- Förstärkning av brostrukturen: Broar kan göras för att hålla mer vikt genom att göra strukturelementen större, lägga till förstärkningar eller använda material med högre hållfasthet.
- Minska trafikviktsgränser: Trafikviktsgränser kan tillämpas för att sänka den maximala vikt som fordon får bära, vilket minskar belastningen på bron.
Öka underhåll och inspektioner.
Regelbundet underhåll och inspektioner kan hjälpa till att hitta problem innan de blir värre.
Detta kan inkludera att åtgärda skador, kontrollera strukturens hälsa och vidta åtgärder för att kontrollera trafiken.
Utvärdering och design
Vid projektering och utvärdering av balkbroar är det viktigt att tänka på hur mycket trafik som kommer att vara på bron och vilken typ av skada som kan hända.
Under de tidiga stadierna av att bygga en balkbro och hela vägen genom dess konstruktion ska den strukturella stabiliteten hos brons överbyggnader kontrolleras.
Broar måste ha tillräckligt med redundans och kapacitetsskydd för att minska sannolikheten för att de går sönder under tung belastning.
Den fulla konstruktionsbelastningen kan läggas på pålar i distanser om hålet är tillräckligt stort för att förhindra att pålar fastnar och låta betong fylla den.
Dynamisk lasttillåtelse används endast för lastbilens levande last, inte för banans levande last.
Strålbroar och naturkatastrofer
Balkbroar kan utformas för att motstå naturkatastrofer som jordbävningar och hårda vindar.
Men för att detta ska hända måste ingenjörer noga tänka på ett antal saker när de designar bron.
Material och designlösningar
Stål är ett bra sätt att göra en byggnad starkare så att den tål starka vindar eller jordbävningar eftersom den lätt kan böjas.
En balkbro kan också göras starkare och mer hållbar med hjälp av armerad betong.
Dessutom kan tekniska lösningar som seismiska isoleringssystem och dämpare byggas in i bron för att göra den mer motståndskraftig mot jordbävningar och andra naturkatastrofer.
Vind- och jordbävningsmotstånd
Ingenjörer bygger modeller av broar och placerar dem i vindtunnlar för att se till att de tål vågor och starka vindar.
Hängbroar är gjorda för att röra sig med vinden och under naturkatastrofer som en jordbävning.
Materialen som används för att bygga bron måste också väljas med omsorg för att se till att de kan stå emot krafterna i arbetet.
Nya brodesigner
Nya brokonstruktioner, som de med HSR (High-Strength Reinforcement)-pelare, tål stora jordbävningar med små skador och behöver bara repareras mindre, förmodligen utan att behöva stänga bron.
American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) satte denna nya design på prov och fann att den kan stå emot naturkatastrofer.
Effekten av konstruktionen av Beam Bridge
När en balkbro byggs och hålls i gott skick kan den ha en rad kortsiktiga och långsiktiga effekter på miljön och samhället runt omkring.
Under byggfasen använder processen att installera saker mycket bränsle och förorenar mer.
Dessutom saktar det ner trafiken, vilket kan orsaka trafikstockningar och buller i området.
Buller kan störa djurens naturliga vanor och göra deras hem mindre.
Att bygga en bro kan också påverka hur väl beläggningen fungerar, vilket kan göra trafiken ännu värre.
Konsekvenser av underhåll och reparation
Långsiktigt behöver balkbroar fixas och underhållas ofta, vilket också kan påverka miljön och samhället i närheten.
Reparationer och underhåll kan orsaka trafikstockningar och buller, samt störa lokala företag genom att orsaka vägavstängningar eller omvägar som gör det svårt för kunder att komma åt dem.
Ekonomiska effekter
De ekonomiska konsekvenserna av brobyggande och underhåll på omgivande samhällen och företag är också betydande.
Att bygga en bro har direkta effekter som att skapa jobb och indirekta effekter som att få fler att vilja köpa varor och tjänster.
Men att bygga en bro kan också skada lokala företag genom att stänga vägar eller sätta dem på omvägar som gör det svårt för kunder att ta sig till dem.
Minska miljöpåverkan
Byggande och underhåll av balkbroar kan påverka miljön mindre om de byggs snabbare.
Prefabricerade broar som är gjorda bara för ett projekt kan användas för att minska bränsleförbrukningen, föroreningar, trafikförseningar och problem med trottoaren.
Planer för att förebygga föroreningar bör också införas för att förhindra att dåliga saker händer med arbetstagare, närliggande människor och miljön.
I slutändan kan att bygga och underhålla en balkbro få stora effekter på miljön och samhället runt den, såsom trafikstockningar, buller och problem för lokala företag.
För att minska dessa effekter bör metoder för att bygga broar snabbare och sätt att stoppa föroreningar användas.
Grunderna i brodesign
Tips: Slå på bildtextknappen om du behöver den. Välj "automatisk översättning" i inställningsknappen om du inte är bekant med det talade språket. Du kan behöva klicka på språket för videon först innan ditt favoritspråk blir tillgängligt för översättning.
balkbro använder
Broar över motorvägar:
Balkbroar används ofta som motorvägsbroar, vilket är en av deras vanligaste användningsområden.
Dessa broar bär vägar över floder, dalar och andra naturliga hinder.
De används ofta i städer och förorter med begränsat utrymme.
Broar för fotgängare:
Balkbroar kan också användas som gångbroar för att hjälpa människor att korsa trafikerade vägar eller vattendrag på ett säkert sätt.
Du kan ofta hitta dessa broar i parker, naturreservat och andra platser dit folk går för att njuta av naturen.
Broar för tåg:
Balkbroar kan också användas för att transportera tåg och andra järnvägsfordon över vattenvägar eller andra hinder.
Dessa broar är gjorda för att hålla tågens vikt och hastighet, och de används ofta i städer och förorter där järnvägslinjer måste korsa trafikerade vägar.
Affärsbroar:
Balkbroar används också i fabriker och hamnar för att transportera tunga laster och utrustning över vattenvägar eller andra hinder.
Dessa broar är gjorda för att hålla vikten av tunga maskiner och fordon, och de är ofta gjorda för att tåla hårt väder och andra miljöfaktorer.
Kortsiktiga broar:
Balkbroar kan också användas som tillfälliga broar, vilket gör dem till en snabb och enkel lösning för nödsituationer som naturkatastrofer eller när en väg byggs.
Dessa broar kan göras i förväg och sättas ihop snabbt på plats.
De kan användas tills en mer permanent struktur kan byggas.
Slutsats
När vi är klara med att lära oss om balkbroar är det viktigt att tänka på hur dessa strukturer påverkar vår värld i det långa loppet.
Balkbroar är viktiga för transporter, men de har också stor effekt på miljön och samhällena runt dem.
För att säkerställa att dessa byggnader är säkra och håller länge måste de noggrant planeras, byggas och underhållas.
När vi går mot en mer hållbar framtid är det viktigt att förstå hur vår infrastruktur påverkar världen omkring oss.
Genom att fortsätta designa och bygga balkbroar på nya och bättre sätt kan vi göra konstruktioner som inte bara uppfyller våra transportbehov utan också har den minsta negativa effekten på miljön.
Så låt oss fortsätta utforska och tänja på teknikens gränser för att göra världen till en bättre plats för alla.
Länkar och referenser
Dela på…
