Historic Bridge Foundation

Introduktion

Broer er konstrueret på mange forskellige måder og identificeres ofte ved de materialer, de er bygget af, og de designs, der er konstrueret ved hjælp af disse materialer. De følgende diagrammer kan bruges som hjælp til at identificere broer, som du måske ser på dine rejser.

En bemærkning om broformer

På det mest enkle niveau af teknisk design findes broer i tre grundlæggende former: bjælke, bue og ophæng. Ud fra disse tre grundlæggende broformer opstår mange forskellige brotyper som beskrevet nedenfor. Nogle brotyper er yderligere underopdelt i en række forskellige konfigurationer og overbygningsarrangementer. En række brotyper kan have mekaniske elementer, der kan tilføjes til konstruktionen, så de kan bevæge sig for at give plads til både. Bevægelige broer kategoriseres efter den mekaniske konstruktion, der gør det muligt at bevæge dem, og de forskellige typer bevægelige broer findes også i en række forskellige konfigurationer.

Grundlæggende om broer

Brodele

Spændtyper

Simple spænd har en strukturelt uafhængig overbygning, der danner hvert enkelt brospænd.

Kontinuerlige spænd har det, der ligner en overbygning med et enkelt spænd, men er understøttet af moler på et eller flere punkter.

Kantspænd har spænd, der strækker sig udad fra et underbygningselement og ender et sted, der ikke understøttes af et underbygningselement. Disse udadgående udkragningsarme afbalanceres af den anden halvdel af spændesystemet, som strækker sig i modsat retning af molen og danner en ankerarm.

Mange udkragede spænd har udkragede arme, der i stedet for at strække sig hele vejen til mødet med en modsatliggende udkraget arm, stopper kort før midten for at holde et ophængt spænd på plads.

Overbygningsarrangementer

Broarrangementer henviser til placeringen af dækket (vejbanen) i forhold til broens overbygning.
Det er ikke alle brotyper, der gør brug af denne nomenklatur. Disse betegnelser anvendes almindeligvis ved bindingsværksbroer, og to af betegnelserne anvendes også almindeligvis ved buebroer og bjælkebroer.

Med en gennemgående bro er overbygningen ved siden af kørebanen. Ved bindingsværksbroer skal der også være overliggende afstivning til stede, for at broen kan betragtes som en gennemgående bindingsværksbro.

Ved en ponybro er overbygningen over og ved siden af kørebanen, men der er ingen overliggende afstivning til stede. Udtrykket “pony” bruges normalt kun, når man beskriver bindingsværksbroer, selv om man vil opdage, at nogle bjælke- og buebroer også findes i denne form, selv om de typisk ikke beskrives som sådan. Det, der ser ud til at være en “ponybjælke” eller “ponybue” bro, beskrives normalt som en “gennemgående bjælke” eller “gennemgående bue.”

Ved en dækbro er overbygningen samt eventuelle afstivninger placeret under kørebanen.

Bjælke- og bjælkebroer

Sammenlignet med flerbjælkebroer har dækbjælkebroer større og færre bjælker, og kørebanen hviler på tværgående gulvbjælker, der spænder mellem bjælkerne.

Gennemgående bjælkebroer har samme konstruktion som dækbjælker, bortset fra at bjælkerne hæver sig over kørebanen. Tværgående gulvbjælker forbliver under dækket.

En beton-T-bjælke er en almindelig type betonbjælkebro, hvor bjælkerne er støbt integreret med dækket og danner en gentaget “T”-form i det tværgående syn.

I en slab-bro bæres broen af en overbygning, der fungerer som en enkelt massiv bjælke over forhindringen. Selvom den oftest forbindes med armeret beton, kan træ også anvendes.

Spærbroer

Spærbroer er en form for bjælkebroer, hvor en trekantet ramme af elementer og akkorder danner en struktur, der fungerer som en stor bjælke. Spærbroer beskrives efter spærenes placering: dækspær (under vejbanen), ponyspær (over vejbanen, men uden overliggende afstivning) og gennemgående spær (over vejbanen, med overliggende afstivning). Forskere vil måske bemærke, at gennemgående spærbroer historisk set nogle gange blev kaldt høje spær, og ponyspær blev nogle gange kaldt lave spær.

Spærbrodele

Metal Truss Bridge Configurations

Metal truss bridges come in a wide variety of arrangements and konfigurations as shown below. De fleste af de følgende spærkonstruktioner er tilpasset fra dem, der optrådte i J.A.L. Waddells bog Bridge Engineering fra 1916, og de er for det meste stadig relevante i dag med kun mindre navne- og klassifikationsændringer som anført nedenfor.

Pratt: Pratt-trusset er en af de mest almindelige spærkonfigurationer.

Pratt Half-Hip: Nogle Pratt ponytruss-broer mangler lodrette hofteelementer og er kendt som Pratt-truss-broer med halv hofte.

Whipple (Double-Intersection Pratt): Denne variant af Pratt var almindelig for længere spænd i det 19. århundrede.

Howe: Diagonalerne følger den modsatte orientering som Pratt. Pratt var mere almindelig på metalspær, mens Howe var mere almindelig på træspær.

Parker: Et Pratt-spær med en polygonal overligger. Anvendes til længere spændvidder.

Camelback: Et Parker-spær med nøjagtig fem skråninger til overliggeren (inklusive endepæle).

Baltimore: Et Pratt-spær med underopdelte paneler. To almindelige former vist ovenfor.

Pennsylvania (Petit) Truss: Et Parker-spær med underopdelte paneler. To almindelige former er vist ovenfor. I dag kaldes Pennsylvania-spærbroer med fem skråninger i topbåndet normalt blot for “Pennsylvania”-spær, men kunne også noteres som “Camelback Pennsylvania-spær”. Pennsylvania-spær blev brugt til lange spænd, herunder nogle af de længste simple spænd, der nogensinde er bygget.

Warren: Mens Waddells bog skelner mellem en “triangulær” og en “Warren” spærtype, er alle varianter i dag kendt som Warren-spærbroer.

Warren (med lodrette spær): De fleste Warren-spærbroer har lodrette elementer, selv om hyppigheden af de lodrette elementer kan variere. Warren-spær (med eller uden vertikale elementer) var en almindelig spærtype.

Double-Intersection Warren: Denne konstruktion kan opfattes som to Warren-spær, der er overlejret og forskudt oven på hinanden.

Lattice Truss: Warren-spær med tredobbelt krydsning, firdobbelt krydsning og femdobbelt krydsning Warren-spær kaldes almindeligvis blot “gitterspær”. Nogle gange kaldes Warren med firedobbelt krydsning også for en firkantet Warren.

K-spær: K-Truss blev opfundet i forbindelse med opførelsen af Quebec-broen og kan anbringes på flere forskellige måder, med to orienteringer vist ovenfor. Den øverste akkord behøver ikke at være polygonal.

Bollman: En usædvanlig spærkonstruktion, der blev brugt på nogle af de tidligste jernbanebroer af jernbane.

Fink: En usædvanlig spærkonstruktion, der blev anvendt på nogle af de tidligste jernbanebroer.

Bowstring (Parabolisk): Denne form for bindingsværk har typisk en buet overligger og kaldes undertiden også for et “buetræ”. Mest almindeligt anvendt i 1870’erne som en tidlig metalspærform.

Kingpost: Anvendes til meget korte spændvidder.

Queenpost: Anvendes til meget korte spænd. Kan have eller kan ikke have “X”-mønsteret med diagonaler i midten.

Waddell “A” Truss: Dette spær, der undertiden kaldes et A-spær, blev bygget i små mængder.

Lenticular: De fleste eksempler i USA blev bygget efter et patenteret design af Berlin Iron Bridge Company i East Berlin, Connecticut.

Kellogg: En arkaisk og sjælden bindingsværksform.

Post: En arkaisk og sjælden bindingsværksform.

Pegram: En arkaisk og sjælden bindingsværksform.

Thacher: En arkaisk og sjælden bindingsværksform. Den nøjagtige form kan variere en smule, ingen eksisterende eksempler følger nøjagtigt det design, der er patenteret af Edwin Thacher.

Stearns: En arkaisk og sjælden spærform.

Metalspærforbindelser

Metalspærbroer klassificeres yderligere efter den måde, hvorpå elementerne er forbundet sammen. Forbindelserne kan være fastgjort, nittet, boltet eller svejset.

Stiftforbindelser, der var almindelige fra ca. 1870 til 1910, var nemme at samle i marken og består af en stor gevindbolt, der går gennem alle elementerne og er fastgjort i enderne med møtrikker.

Pinnede forbindelser blev gjort forældede af fremkomsten af nittede forbindelser, som gav en mere stiv forbindelse. Med nittede forbindelser blev spærelementer nittet til en knækplade for at forbinde elementerne. Senere blev nitter erstattet af bolte eller svejsninger for at fastgøre elementerne til knækpladerne. Detaljerne for boltede og svejsede forbindelser svarer til den nittede forbindelse, der er vist ovenfor.

Konfigurationer af overdækkede broer

Overdækkede broer af træ er bindingsværksbroer, der er bygget af træ og dækket af et ikke-strukturelt tag- og vægsystem. Under taget og væggen er der spærelementer. Ligesom metalspærbroer har overdækkede broer forskellige konfigurationer. Selv om der er et vist overlap mellem metal- og overdækkede spærkonfigurationer, kan detaljerne for spærkonfigurationer af samme navn være forskellige mellem overdækket og metal, og der findes mange overdækkede spærkonfigurationer, som ikke blev anvendt i metalspærkonstruktioner. Bemærk også, at selv om det fremherskende materiale i overdækkede broer er træ, blev jern undertiden anvendt i begrænsede områder (jern var bedre end træ til trækelementer), og jern blev undertiden anvendt til at forbinde træelementerne.

Buebroer

Buebroer er underinddelt i en række forskellige konfigurationer, afhængigt af den materialetype, der anvendes i konstruktionen. Sten, beton eller metal er de tre mest almindelige materialer, men der kan også anvendes træ.

Buebroer beskrives i to opstillinger: Dækbuer, hvor buen ligger under vejbanen, og gennemgående buer, hvor buen hæver sig over vejbanen i mindst en del af spændvidden.

Buebrotyper

De fleste buebroer fungerer ved at skubbe kræfterne i en vinkel ind i siden af støttepillerne eller møllerne i hver ende af spændvidden. Som sådan har de ofte vinklede lejer kaldet skewbacks.

Stålbuebroer og gennemgående buebroer i beton er undertiden udformet som “bundet” buebroer, hvor en stor bjælke forbinder hver ende af buen. I disse tilfælde kan broen hvile på sine møller eller bøjler som en bjælkebro, hvor et vandret leje sender kræfter lodret ind i underkonstruktionen.

Konfigurationer af buebroer i beton

Open Spandrel Arch: En type dækbuebro, som vist ovenfor, bruger lodrette søjler til at forbinde dækket med buen.

Sluttede buer: En type dækbuebro, hvor der anvendes solide betonvægge til at forbinde dækket med buen. Closed Spandrel Arch-broer indeholder ofte en jordfyldning, der er skjult inde i den “kasse” af beton, som dannes af dækket og overbygningen, og som består af en bue, der er lige så bred som selve broen. Alternativt, hvis broen har udseendet af gentagne bueformede bjælker under dækket, kaldes den for en “ribbet” buebro.

Gennemgående (regnbue)bue: For betonbuebroer, når buen er over vejbanen, kaldes den ofte for en regnbuebue.

Steenbuebrokonfigurationer

Steenbuebroer er næsten altid dækbuer og har en lukket spandrel-konfiguration. Ingeniører kan kategorisere stenbuebroer ud fra buens form (halvcirkelformet, segmentformet eller elliptisk).

En halvcirkelformet bue består af en bue, der er i form af en halvcirkel.

En segmentformet bue består af en bue, der har form som mindre end en halv cirkel.

En ellipseformet bue består af en bue, der har form som en halv oval.

Konfigurationer af stålbuebroer

Stålbuebroer kan, ligesom betonbuebroer, indrettes som dækbuebroer eller gennemgående buebroer. Stålbuebroer kategoriseres yderligere på baggrund af bueribningens udformning, tilstedeværelsen af hængsler og eventuelle afstivninger.

Hvis bueribningen er en massiv eller kassebjælke, er der tale om en buebro med “massive ribber”.

Hvis bueribben er konstrueret af mange forskellige elementer og akkorder, svarende til en bindingsværksbro, er broen en “afstivet ribbet” buebro.

Dækbuebroer omfatter undertiden diagonale afstivninger ud over de lodrette søjler. I disse tilfælde er broen kendt som en spandrel-forspændt buebro.

Stålbuebroer kan have gigantiske stifter, der kaldes “hængsler”, i konstruktionen. En bro kan kun have hængsler ved de skæve bagvægge (lejerne) (en bue med to hængsler).

En stålbuebro kan også have et tredje hængsel ved kronen (midt på spændvidden), hvilket gør den til en buebro med tre hængsler.

Hvis der ikke er nogen hængsler, kaldes en stålbuebro for en hængeløs buebro.

Hængebroer

En hængebro består af et dæk, der holdes under hovedkabler, der er spændt ud over spændvidden fra høje tårne, der hæver sig over dækket. Dækket er forbundet til hovedkablerne via ophængningskabler, som “hænger” dækket op fra hovedkablerne. De fjerneste ender af hovedkablet (kendt som backstays) holdes på plads af forankringer. Hængebroer består typisk af tre spænd, der holdes på plads af ophængssystemet, som består af et centralt spænd flankeret af “anker-” eller “side”-spænd. Selve dækket holdes stift i forhold til vinden og de belastninger, der passerer over broen, ved hjælp af et afstivningssystem. For stivgørelsessystemet kan tage form af forskellige enkle brotyper. Ved historiske broer har stivgørelsessystemet typisk form af en spær (pony, gennemgående eller dæk) eller en bjælke (gennemgående eller dæk).

Hængebrokonfigurationer

En hængebro med tre spænd, hvor hvert af de tre spænd er ophængt fra et hovedkabel, er den mest almindelige konfiguration af en hængebro.

En sjælden udformning af en hængebro eliminerer brugen af store forankringer ved at forbinde broen med sig selv: hovedkablerne er fastgjort direkte til brooverbygningen i enderne af broen, hvilket danner en selvforankret hængebro.

Somme hængebroer har kun et enkelt hængespænd. I dette tilfælde bliver hovedkablet til et ubelastet bagstagskabel, der går direkte fra tårnets top ned til forankringen. Ved hængebroer med et enkelt spænd kan der findes enkle tilkørselsstrækninger, der støtter dækket, hvor side-/forankringsstrækningerne ville være i en hængebro med tre spænd. Dette layout er vist ovenfor.

Hovedkabeltyper

Hovedkablet kan have form af et trådkabel eller en ørekæde. Øjekædebroer er sjældne; de fleste hængebroer anvender en eller anden form for stålwire som kabel.

Kabelstagsbroer

En af de almindelige typer af den grundlæggende hængebroform er en den kabelstagsbro. I en kabelskråbro er de enkelte ophængningskabler direkte forbundet fra tårnet til dækket, uden at der er noget køreledningshovedkabel involveret. Kabelbroer har en tendens til at være mere stabile end traditionelle hængebroer og har derfor ofte ikke store stivgørende spær og bjælker. Kabelbroer kan have kabler, der er konfigureret på forskellige måder.

Kabelkonfigurationer

Tårnkonfigurationer

Dobbelt lodret plan (parallelt): Hvis kablerne breder sig ud til begge sider af dækket fra dobbelte stolper (en stolpe til hver side af dækket), er der tale om en dobbelt lodret plan kabelstøttet bro.

Dobbelt lodret plan (skråt): I et dobbelt lodret plan kan stolperne også være skråtliggende.

Single lodret plan: Hvis kablerne breder sig ud til begge sider af dækket fra enkelte stolper i midten af dækket, er der tale om en enkelt lodret plan kabelbro.

Flytbare broer

Mange af de ovenfor beskrevne brotyper kan udformes sammen med mekaniske funktioner, der gør det muligt for broen at frigøre en vandvej og give plads til både, der ellers ikke ville få plads under broen, når den er lukket. Disse bevægelige broer kategoriseres på grundlag af udformningen af de mekaniske funktioner, der gør det muligt at bevæge broen.

Basculebroer

Basculebroer kan drejes opad for at åbne for både. De omfatter en modvægt til at afbalancere spændvidden og gør det muligt for relativt små motorer at løfte det store blad.

Hvis spændvidden består af to basculeblade, der hæver sig opad, er broen en dobbeltbladet bascule. De fleste motorvejsbaskelbroer er dobbeltbladede.

Hvis spændvidden består af to baskelblade, der hæver sig, er broen en dobbeltbladet baskel. De fleste motorvejsbaskelbroer er dobbeltbladede.

Basculebrokonfigurationer

Af de bevægelige brotyper er det baskelbroer, der udviser størst variation i mekanisk drift. De følgende basculekonstruktioner er tilpasset fra dem, der optrådte i J.A.L. Waddells bog Bridge Engineering fra 1916, og de er for det meste stadig relevante i dag med kun mindre navne- og klassifikationsændringer som anført nedenfor.

Fikseret trunnion (Chicagotype): Modvægten er fastgjort til vingen, og vingen roterer rundt om en fast drejetap. Designet blev først anvendt i Tower Bridge i London, men blev moderniseret og gjort populært af byen Chicago.

Scherzer Rolling Lift: Denne type bascule roterer på en bane og har en modvægt fastgjort til vingen. Opfundet i 1893 af Albert Scherzer og populariseret af hans bror William Scherzer.

Strauss Bascule: Joseph Strauss opfandt sin egen variant af basculebro med drejefod, som er kendt for at have en separat drejefod til modvægten. Som sådan er modvægten ikke fastgjort til bladet. Denne konstruktion med overliggende kontravægt kunne også tilpasses til en konstruktion, hvor kontravægten var skjult under kørebanen.

Heel-Trunnion: Denne variation af Strauss-baskulæret er kendt for sin parallelogramform og har typisk den form, der ses ovenfor. Modvægten er altid over vejbanen.

Side: En sjælden basculekonstruktion.

Rall:

Svingbroer

Svingbroer, som er en bevægelig brotype, klassificeres typisk i to hovedkategorier baseret på, hvordan de hviler på svingpillen, som anført nedenfor. De fleste svingbroer er symmetriske (midterpille), men hvis pillen ikke er i midten, er broen en bobtail svingbro, og der kan være en balancerende modvægt i den kortere ende.

Svingbrokonfigurationer

Rimleje: Spændet hviler på den cirkulære bane omkring fælgen. Har typisk en tæt serie af talrige ruller omkring fælgen.

Centerleje: Spændet hviler på et enkelt punkt i midten af svingpieren. Som sådan kan der være færre ruller omkring fælgen, da de kun tjener til at styre fagværket, når det bevæger sig, og ikke er bærende.

Nogle svingbroer er konstrueret således, at svingpillen ikke er i midten af broen, hvor den ene arm tilbyder et svingspænd over vandvejen, og en anden kortere arm har en modvægt, der holder broen i balance. Disse er kendt som bobtail svingbroer.

Lodrette løftebroer

En bevægelig brotype, lodrette løftebroer stiger direkte op for at give frihøjde til både. De to mest almindelige former anvender høje tårne, der rummer modvægte, som bevæger sig for at holde spændet i balance, mens det løftes af motorer. Disse typer af lodrette løftebroer kategoriseres efter, hvor disse motorer er placeret.

Lodrette løftebrodele

Overstående diagram, der er udarbejdet af den berømte lodrette løftebroingeniør J. A. L. Waddell, viser de mange dele af en lodret løftebro.

Konfigurationer af lodrette løftebroer

Mange lodrette løftebroer har motorerne placeret på selve løftespændet med en række kabler, der fører fra spændet og op på tårnet for at flytte modvægten og løftekablerne (ophalerkablerne). Disse kaldes Span Drive Vertical Lift Bridges og har tendens til at være ældre vertikale løftebroer.

Andre vertikale løftebroer har motorerne placeret i tårnene, typisk øverst ved siden af skiverne. Disse er kendt som Tower Drive Vertical Lift Bridges, og de har tendens til at være nyere vertikale løftebroer.