Schrägseilbrücke -Cable-stayed bridge

Schrägseilbrücke
Die Russki-Brücke in Wladiwostok hat eine zentrale Spannweite von 1104 Metern.  Sie ist die längste Schrägseilbrücke der Welt.
Die Russki-Brücke in Wladiwostok hat eine zentrale Spannweite von 1104 Metern. Sie ist die längste Schrägseilbrücke der Welt.
Vorfahr Hängebrücke
Verwandt Extradosierte Brücke
Nachfahre Schrägseilbrücke mit seitlichem Holm , selbstverankerte Hängebrücke , Schrägseilbrücke mit freitragendem Holm
Trägt Fußgänger , Fahrräder , Autos , Lastwagen , Stadtbahnen
Spannweite Mittel bis lang
Material Stahlseile , vorgespannte Betonkastenträger , Stahl- oder Betonmasten _
Beweglich Nein
Gestaltungsaufwand Mittel
Gerüst erforderlich Normalerweise keine

Eine Schrägseilbrücke hat einen oder mehrere Türme (oder Pylone ), von denen Kabel das Brückendeck stützen. Ein charakteristisches Merkmal sind die Kabel oder Verstrebungen , die direkt vom Turm zum Deck verlaufen und normalerweise ein fächerartiges Muster oder eine Reihe paralleler Linien bilden. Dies steht im Gegensatz zur modernen Hängebrücke , bei der die das Deck tragenden Kabel vertikal am Hauptkabel aufgehängt, an beiden Enden der Brücke verankert und zwischen den Türmen verlaufen. Die Schrägseilbrücke ist optimal für Spannweiten, die länger als Kragbrücken und kürzer als Hängebrücken sind. Dies ist der Bereich, in dem freitragende Brücken schnell schwerer werden würden und die Verkabelung von Hängebrücken teurer wäre.

Schrägseilbrücken wurden im späten 16. Jahrhundert entworfen und gebaut, und die Form fand im späten 19. Jahrhundert breite Anwendung. Frühe Beispiele, einschließlich der Brooklyn Bridge , kombinierten häufig Merkmale sowohl des Schrägseil- als auch des Aufhängungsdesigns. Schrägseilkonstruktionen gerieten im frühen 20. Jahrhundert in Ungnade, als größere Lücken mit reinen Aufhängungskonstruktionen und kürzere Lücken mit verschiedenen Systemen aus Stahlbeton überbrückt wurden . Es gewann im späten 20. Jahrhundert wieder an Bedeutung, als die Kombination aus neuen Materialien, größeren Baumaschinen und der Notwendigkeit, ältere Brücken zu ersetzen, den relativen Preis dieser Konstruktionen senkte.

Geschichte

Schrägkettenbrücke des Renaissance -Universalgelehrten Fausto Veranzio aus den Jahren 1595/1616. Vor der industriellen Herstellung von schweren Drahtseilen (Stahlkabeln) wurden Hänge- oder Schrägbrücken zunächst mit verbundenen Stäben (Ketten) gebaut.

Schrägseilbrücken gehen auf das Jahr 1595 zurück, wo Entwürfe in Machinae Novae , einem Buch des kroatisch - venezianischen Erfinders Fausto Veranzio , gefunden wurden . Viele frühe Hängebrücken waren Schrägseilbrücken, darunter die Fußgängerbrücke Dryburgh Abbey Bridge von 1817 , James Dredges patentierte Victoria Bridge, Bath (1836) und die spätere Albert Bridge (1872) und Brooklyn Bridge (1883). Ihre Designer fanden heraus, dass die Kombination von Technologien eine steifere Brücke erzeugte. John A. Roebling nutzte dies besonders aus, um Verformungen durch Eisenbahnlasten in der Niagara Falls Suspension Bridge zu begrenzen .

Das früheste bekannte erhaltene Beispiel einer echten Schrägseilbrücke in den Vereinigten Staaten ist EE Runyons weitgehend intakte Bluff Dale-Hängebrücke aus Stahl oder Eisen mit hölzernen Stringern und Belag in Bluff Dale, Texas (1890), oder seine Wochen zuvor zerstörte Barton Creek Brücke zwischen Huckabay, Texas und Gordon, Texas (1889 oder 1890). Zu den frühen Beispielen für Schrägseilbrücken im 20. Jahrhundert gehörten A. Gisclards ungewöhnliche Cassagnes-Brücke (1899), bei der der horizontale Teil der Kabelkräfte durch ein separates horizontales Verbindungskabel ausgeglichen wird, wodurch eine erhebliche Kompression des Decks verhindert wird, und G Die Brücke von Leinekugel le Coq in Lézardrieux in der Bretagne (1924). Eduardo Torroja entwarf 1926 ein Schrägseil-Aquädukt in Tempul. Albert Caquots betongedeckte Schrägseilbrücke von 1952 über den Donzère-Mondragon-Kanal bei Pierrelatte ist eine der ersten der modernen Art, hatte aber wenig Einfluss auf die spätere Entwicklung . Die von Franz Dischinger (1955) entworfene stahlgedeckte Strömsundbrücke wird daher häufiger als erste moderne Schrägseilbrücke bezeichnet.

Abdoun-Brücke , Amman, Jordanien, Beispiel einer Extradosed-Brücke

Andere wichtige Pioniere waren Fabrizio de Miranda , Riccardo Morandi und Fritz Leonhardt . Frühe Brücken aus dieser Zeit verwendeten sehr wenige Schrägseile, wie bei der Theodor-Heuss-Brücke (1958). Dies ist jedoch mit erheblichen Errichtungskosten verbunden, und modernere Strukturen neigen dazu, viel mehr Kabel zu verwenden, um eine größere Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten.

Vergleich mit Hängebrücke

Ada-Brücke in der Abenddämmerung in Belgrad ( Serbien )
Prins Clausbrug über den Amsterdam-Rhein-Kanal in Utrecht

Schrägseilbrücken mögen auf den ersten Blick Hängebrücken ähneln, unterscheiden sich aber im Prinzip und in ihrer Bauweise erheblich. Bei Hängebrücken hängen große Hauptkabel (normalerweise zwei) zwischen den Türmen und sind an jedem Ende im Boden verankert . Dies kann bei schlechten Bodenverhältnissen schwierig umzusetzen sein. Die Last des Brückendecks tragen die auf Lagern in den Türmen frei beweglich gelagerten Hauptseile. Vor der Montage des Decks stehen die Seile durch ihr Eigengewicht unter Spannung . Entlang der Hauptkabel verbinden kleinere Kabel oder Stangen das Brückendeck, das in Abschnitten angehoben wird. Dabei erhöht sich die Spannung in den Kabeln, ebenso wie bei der Nutzlast des Verkehrs, der die Brücke überquert. Die Spannung an den Hauptkabeln wird an den Verankerungen auf den Boden und durch Druck nach unten auf die Türme übertragen.

Bei Schrägseilbrücken sind die Türme die primären tragenden Strukturen, die die Brückenlasten auf den Boden übertragen. Ein freitragender Ansatz wird häufig verwendet, um das Brückendeck in der Nähe der Türme zu stützen, aber Längen, die weiter von ihnen entfernt sind, werden von Kabeln getragen, die direkt zu den Türmen verlaufen. Anders als bei der Hängebrücke hat das den Nachteil, dass die Kabel zu den Seiten ziehen und nicht direkt nach oben, was eine stärkere Brückendecke erfordert, um den resultierenden horizontalen Druckbelastungen standzuhalten, aber es hat den Vorteil, dass keine festen Verankerungen erforderlich sind um dem horizontalen Zug der Hauptkabel der Hängebrücke standzuhalten. Alle statischen Horizontalkräfte der Schrägseilbrücke sind konstruktionsbedingt so ausgeglichen, dass die Stütztürme nicht zum Kippen oder Verrutschen neigen und somit nur den Horizontalkräften aus den Nutzlasten standhalten müssen.

Die folgenden sind die wichtigsten Vorteile der Schrägseilform:

  • viel steifer als die Hängebrücke, so dass Verformungen des Decks unter Verkehrslasten reduziert werden
  • kann durch Auskragung aus dem Turm konstruiert werden – die Kabel fungieren sowohl als temporäre als auch als dauerhafte Stützen für das Brückendeck
  • Bei einer symmetrischen Brücke (bei der die Spannweiten auf beiden Seiten des Turms gleich sind) sind der Ausgleich der Horizontalkräfte und große Bodenverankerungen nicht erforderlich

Entwürfe

Es gibt vier Hauptklassen der Takelage auf Schrägseilbrücken: Mono , Harp , Fan und Star .

  • Das Mono -Design verwendet ein einzelnes Kabel von seinen Türmen und ist eines der weniger verwendeten Beispiele dieser Klasse.
  • Bei der Harfen- oder Parallelkonstruktion sind die Kabel nahezu parallel, so dass die Höhe ihrer Befestigung am Turm proportional zum Abstand vom Turm zu ihrer Befestigung auf dem Deck ist.
  • Bei der Lüfterkonstruktion sind alle Kabel mit der Oberseite der Türme verbunden oder verlaufen darüber. Das Lüfterdesign ist strukturell überlegen mit einem minimalen Moment, das auf die Türme ausgeübt wird, aber aus praktischen Gründen wird der modifizierte Lüfter (auch Halblüfter genannt) bevorzugt, insbesondere wenn viele Kabel erforderlich sind. Bei der modifizierten Lüfteranordnung enden die Kabel nahe der Spitze des Turms, sind jedoch ausreichend voneinander beabstandet, um einen besseren Abschluss, einen verbesserten Schutz vor Umwelteinflüssen und einen guten Zugang zu einzelnen Kabeln für die Wartung zu ermöglichen.
  • Beim Sterndesign , einem anderen relativ seltenen Design, sind die Kabel wie beim Harfendesign auf dem Turm voneinander beabstandet, aber mit einem Punkt oder mehreren eng beieinander liegenden Punkten auf dem Deck verbunden.
Alle sieben Säulenanordnungen einer Schrägseilbrücke.

Es gibt auch sieben Hauptanordnungen für Stützsäulen: einfach , doppelt , Portal , A-förmig , H-förmig , umgekehrtes Y und M-förmig . Die letzten drei sind hybride Arrangements, die zwei Arrangements zu einem kombinieren.

Abhängig von der Konstruktion können die Stützen relativ zum Brückendeck vertikal oder abgewinkelt oder gekrümmt sein.

Variationen

Seitenholm-Schrägseilbrücke

Puente de la Unidad , die San Pedro Garza García und Monterrey verbindet , eine freitragende Schrägseilbrücke

Eine Schrägseilbrücke mit seitlichem Holm verwendet einen zentralen Turm, der nur auf einer Seite gestützt wird. Diese Konstruktion ermöglicht den Bau einer gekrümmten Brücke.

Schrägseilbrücke mit freitragendem Holm

Die Puente del Alamillo (1992) ist weitaus radikaler in ihrer Struktur und verwendet einen einzelnen freitragenden Holm auf einer Seite der Spannweite, mit Kabeln nur auf einer Seite, um das Brückendeck zu stützen. Im Gegensatz zu anderen Schrägseiltypen übt diese Brücke eine beträchtliche Kippkraft auf ihr Fundament aus, und der Holm muss der durch die Kabel verursachten Biegung widerstehen, da die Kabelkräfte nicht durch gegenüberliegende Kabel ausgeglichen werden. Der Holm dieser besonderen Brücke bildet den Gnomon einer großen Gartensonnenuhr . Zu den verwandten Brücken des Architekten Santiago Calatrava gehören die Puente de la Mujer (2001), die Sundial Bridge (2004), die Chords Bridge (2008) und die Assut de l'Or Bridge (2008).

Mehrfeldrige Schrägseilbrücke

Die Zhivopisny-Brücke in Moskau ist ein mehrspanniges Design.

Schrägseilbrücken mit mehr als drei Feldern erfordern deutlich anspruchsvollere Konstruktionen als 2- oder 3-feldrige Bauwerke.

Bei einer 2-Feld- oder 3-Feld-Schrägseilbrücke werden die Lasten von den Hauptfeldern normalerweise in der Nähe der Endpfeiler durch Streben in den Endfeldern zurückverankert. Bei mehr Spannweiten ist dies nicht der Fall und die Brückenkonstruktion ist insgesamt weniger steif. Dies kann sowohl bei der Gestaltung des Decks als auch der Pylone zu Schwierigkeiten führen. Beispiele für Strukturen mit mehreren Spannweiten, bei denen dies der Fall ist, sind die Ting-Kau -Brücke, bei der zusätzliche „Kreuzverstrebungen“ verwendet werden, um die Pylone zu stabilisieren; Millau-Viadukt und Mezcala-Brücke , wo zweibeinige Türme verwendet werden; und die General-Rafael-Urdaneta-Brücke , wo sehr steife mehrbeinige Rahmentürme eingeführt wurden. Eine ähnliche Situation mit einer Hängebrücke findet sich sowohl bei der Great Seto Bridge als auch bei der San Francisco-Oakland Bay Bridge , wo nach jedem Satz von drei Hängespannweiten zusätzliche Ankerpfeiler erforderlich sind – diese Lösung kann auch für Schrägseilbrücken angepasst werden.

Extradosierte Brücke

Das Twinkle-Kisogawa ist ein extradosiertes Design mit langen Lücken zwischen den kabelgestützten Abschnitten.

Eine Extradosed-Brücke ist eine Schrägseilbrücke mit einem größeren Brückendeck, das steifer und stärker ist und es ermöglicht, die Kabel in der Nähe des Turms wegzulassen und die Türme im Verhältnis zur Spannweite niedriger zu machen. Die ersten Extradosed-Brücken waren die Ganterbrücke und die Sunnibergbrücke in der Schweiz. Die Pearl Harbor Memorial Bridge , die erste Extradosed-Brücke in den Vereinigten Staaten, wurde gebaut, um die I-95 über den Quinnipiac River in New Haven, Connecticut, zu führen und im Juni 2012 eröffnet.

Schrägseilbrücke mit Wiegensystem

Ein Wiegensystem trägt die Litzen in den Streben von Brückendeck zu Brückendeck als durchgehendes Element, wodurch Verankerungen in den Pylonen eliminiert werden. Jede epoxidbeschichtete Stahllitze wird innerhalb der Wiege in einem 2,54 cm (1 inch) Stahlrohr getragen. Jeder Strang arbeitet unabhängig und ermöglicht das Entfernen, Prüfen und Ersetzen einzelner Stränge. Die ersten beiden Brücken dieser Art sind die 2006 fertiggestellte Penobscot Narrows Bridge und der 2007 fertiggestellte Veterans' Glass City Skyway .

Verwandte Brückentypen

Selbstverankerte Hängebrücke

Eine selbstverankerte Hängebrücke hat im Prinzip eine gewisse Ähnlichkeit mit der Schrägseilbrücke, da Zugkräfte, die das Herunterfallen der Fahrbahndecke verhindern, vertikal im Turm und horizontal entlang der Fahrbahnstruktur in Druckkräfte umgewandelt werden. Es ist auch mit der Hängebrücke verwandt, da es bogenförmige Hauptkabel mit Tragkabeln hat, obwohl dem selbstverankerten Typ die schweren Kabelverankerungen der gewöhnlichen Hängebrücke fehlen. Im Gegensatz zu einer Schrägseilbrücke oder einer Hängebrücke muss die selbstverankerte Hängebrücke während des Baus durch Lehrgerüst gestützt werden und ist daher teurer im Bau.

Bemerkenswerte Schrägseilbrücken

Erasmusbrücke, Erasmusbrug , in Rotterdam , Niederlande
  • Die Erasmusbrücke überquert die Nieuwe Maas in Rotterdam , Niederlande . Die südliche Spannweite der Brücke hat eine 89 Meter lange Klappbrücke für Schiffe, die nicht unter der Brücke hindurchfahren können. Die Klappbrücke ist die größte und schwerste in Westeuropa und hat die größte Platte ihrer Art weltweit.
Ein Blick auf die Golden Horn Metro Bridge , mit dem Galata-Turm am linken Ende des Rahmens, Istanbul , Türkei
  • Die Golden Horn Metro Bridge verbindet die alte Halbinsel von Istanbul mit dem Stadtteil Galata und ist die erste Schrägseilbrücke in der Türkei .
  • Die derzeit im Bau befindliche Gordie Howe International Bridge , die Detroit, Michigan, mit Windsor, Ontario verbindet, wird zwei „A“-förmige Türme haben, die an den Ufern des Detroit River errichtet werden, sechs Fahrspuren für den Autoverkehr sowie einen Rad- und Gehweg. Es wird 2,5 Kilometer lang sein. Nach ihrer Fertigstellung im Jahr 2024 wird sie mit 853 Metern (2.799 Fuß) die längste Hauptspannweite aller Schrägseilbrücken in Nordamerika haben.
  • Seebrücke Jiaxing-Shaoxing , Provinz Zhejiang , China. Die Brücke ist eine achtspurige Struktur, die sich über 10.100 Meter (6,3 Meilen) über die Bucht von Hangzhou erstreckt und Jiaxing und Shaoxing verbindet , zwei Städte in der Provinz Zhejiang. Sie wurde am 23. Juli 2013 eröffnet und ist derzeit die längste Schrägseilbrücke der Welt.
  • John James Audubon Bridge (Mississippi River) : Die längste Schrägseilbrücke der westlichen Hemisphäre überquert den Mississippi River zwischen New Roads, Louisiana und St. Francisville, Louisiana .
  • Kap-Shui-Mun-Brücke : Straßen-Schienen-Schrägseilbrücke mit der längsten Spannweite im geöffneten Zustand
  • Kosciuszko-Brücke : Sie verbindet die Stadtteile Brooklyn und Queens in New York City und ersetzt eine gleichnamige Fachwerkbrücke. Die erste Schrägseilspanne (die vorübergehend drei Fahrspuren in jede Richtung trägt) wurde im April 2017 für den Verkehr freigegeben. Eine zweite, nahezu identische Spanne wurde am 29. August 2019 eröffnet.
Most SNP (Brücke des Slowakischen Nationalaufstands) – die längste Schrägseilbrücke der Welt mit einem Pylon und einem Schrägseilflugzeug (Bratislava, Slowakei, 1967–1972).
  • Most SNP (Nový most), die längste Schrägseilbrücke der Welt in der Kategorie mit einem Pylon und einer Schrägseilebene, überspannt die Donau in Bratislava , Slowakei . Die Hauptspannweite beträgt 303 Meter (994 Fuß), die Gesamtlänge 430,8 Meter (1.413 Fuß). Das einzige Mitglied der World Federation of Great Towers , das hauptsächlich als Brücke genutzt wird. Es beherbergt ein Restaurant mit fliegenden Untertassen an der Spitze eines 85 Meter hohen Pylons.
  • Die Brücke Octavio Frias de Oliveira überquert den Fluss Pinheiros in São Paulo , 2008. Sie hat einen 138 Meter (453 Fuß) hohen Pylon, unter dem sich zwei Streben kreuzen, die sich um 90° zum gegenüberliegenden Ufer des Flusses drehen.
  • Öresundbrücke , eine kombinierte zweigleisige Eisenbahn- und vierspurige Straßenbrücke mit einer Hauptspannweite von 490 Metern (1.610 Fuß) und einer Gesamtlänge von 7,85 Kilometern (4,88 Meilen), die den Öresund zwischen Malmö , Schweden, und der dänischen Hauptstadt überquert Region .
Die Pelješac-Brücke verbindet die südöstliche kroatische Exklave mit dem Rest des Landes.
  • Pelješac-Brücke , Gespanschaft Dubrovnik-Neretva , Kroatien. Es ist eine 2.404 Meter lange und 98 Meter hohe Straßenbrücke, die die südöstliche Halbexklave mit dem Rest des Landes verbindet und den Meereskanal zwischen Komarna und Pelješac überspannt .
  • Penobscot Narrows Bridge and Observatory , eine Straßenbrücke mit einem Observatorium an der Spitze eines der Türme und einer Spannweite von 646 m (2.120 Fuß).
  • Ponte Morandi , von der ein Teil während eines Regensturms am 14. August 2018 eingestürzt ist
  • Pont de Normandie , überquert die Seine in der Normandie , Frankreich (1988 - 1995) – kurzzeitig die längste Schrägseilbrücke der Welt.
  • Queensferry Crossing (ehemals Forth Replacement Crossing) ist eine Straßenbrücke in Schottland. Sie wurde neben der bestehenden Hängebrücke Forth Road Bridge über den Firth of Forth gebaut und war nach ihrer Fertigstellung im Jahr 2017 mit 2700 m die längste Schrägseilbrücke mit drei Türmen der Welt.
  • Pont de Brotonne , die erste moderne Schrägseilbrücke dieser Art, wurde 1977 für den Verkehr freigegeben.
  • Die Rande-Brücke in Spanien bei Vigo ist die Autobahn-Schrägseilbrücke mit der längsten und schmalsten Spannweite der Welt zum Zeitpunkt des Baus (1973–1977). Drei lange Spannweiten von 148 Metern (486 Fuß) + 400 Metern (1.300 Fuß) + 148 Metern (486 Fuß). Pylone aus Beton, Träger aus Stahl.
  • Rio-Antirio-Brücke überquert den Golf von Korinth in der Nähe von Patras , Griechenland. Mit einer Gesamtlänge von 2.880 Metern (9.450 Fuß) und vier Türmen hat es das zweitlängste Schrägseildeck (2.258 Meter (7.408 Fuß) lang) der Welt, nur das Deck des Viadukts von Millau in Südfrankreich ist länger auf 2.460 Metern (8.070 Fuß). Da letztere jedoch neben den Schrägseilen auch durch Lager an den Pylonen gestützt wird, könnte die Brücke der Rio-Andirrio-Brücke als die längste vollständig abgehängte Schrägseilbrücke der Welt angesehen werden.
  • Russki-Brücke , die Schrägseilbrücke mit der längsten Spannweite der Welt mit 1.104 Metern (3.622 Fuß). Wladiwostok , Russland .
Die Rio-Negro-Brücke ist mit 3.595 Metern (11.795 Fuß) die längste Schrägseilbrücke Brasiliens .

Verweise

Weiterlesen

  • De Miranda F., et al., (1979), "Grundlegende Probleme bei Schrägseilbrücken mit langer Spannweite", Rep. n. 25, Dipartimento di Strutture – Università di Calabria – Arcavacata (CS) Italien, (242 Seiten) September 1979.
  • Gregory, Frank Hutson; Freeman, Ralph Anthony (1987). Die Schrägseilbrücke von Bangkok . 3 F Ingenieurbüros, Bangkok. ISBN 974-410-097-4.
  • Podolny, Walter; Scalzi, John B. (1986). Konstruktion und Entwurf von Schrägseilbrücken (2. Aufl.). New York: Wiley. ISBN 0471826553.*
  • Walther, Rene; et al. (1999). Schrägseilbrücken (2. Aufl.). Thomas Telford. ISBN 0-7277-2773-7.

Externe Links