Historic Bridge Foundation

Introduction

Bridges zijn op veel verschillende manieren geconstrueerd en zijn vaak te herkennen aan de materialen waarvan ze zijn gemaakt en de ontwerpen die met deze materialen zijn geconstrueerd. De volgende diagrammen kunnen worden gebruikt om u te helpen bruggen te identificeren die u tijdens uw reizen tegenkomt.

A Note On Bridge Forms

Op het eenvoudigste niveau van technisch ontwerp zijn er drie basisvormen van bruggen: ligger, boog en ophanging. Uit deze drie basisvormen van bruggen ontstaan vele verschillende brugtypen, zoals hieronder beschreven. Sommige brugtypes zijn verder onderverdeeld in een verscheidenheid van configuraties en bovenbouwregelingen. Aan een aantal brugtypes kunnen mechanische elementen worden toegevoegd om ze te laten bewegen en zo doorvaart voor boten mogelijk te maken. Beweegbare bruggen worden gecategoriseerd op basis van het mechanische ontwerp dat hun beweging mogelijk maakt, en de verschillende beweegbare brugtypes komen ook in een verscheidenheid van configuraties voor.

Bridge Basics

Bridge Parts

Overspanningstypen

Eenvoudige overspanningen hebben een structureel onafhankelijke bovenbouw die elke overspanning van de brug vormt.

Ononderbroken overspanningen hebben een bovenbouw die eruitziet als een enkele overspanning, maar op een of meer punten door pijlers wordt ondersteund.

Cantilever-overspanningen hebben overspanningen die zich naar buiten uitstrekken vanaf een onderbouwelement en eindigen op een plaats die niet door een onderbouwelement wordt ondersteund. Deze naar buiten uitstekende uitkragende armen worden in evenwicht gehouden door de andere helft van het overspanningssysteem, die in de tegenovergestelde richting van de pier uitsteekt en zo een ankerarm vormt.

Veel uitkragende overspanningen hebben uitkragende armen die, in plaats van helemaal uit te steken naar een tegenoverliggende uitkragende arm, kort bij het midden stoppen om een opgehangen overspanning op zijn plaats te houden.

Bovenbouwopstellingen

Brugopstellingen hebben betrekking op de plaats van het dek (rijweg) ten opzichte van de bovenbouw van de brug.
Niet alle brugtypen maken gebruik van deze nomenclatuur. Deze termen worden vaak gebruikt bij vakwerkbruggen, en twee van de termen worden ook vaak gebruikt bij boog- en liggerbruggen.

Bij een doorgaande brug bevindt de bovenbouw zich naast de rijbaan. Bij vakwerkbruggen moeten er ook hoofdsteunen aanwezig zijn om de brug als doorgaand vakwerk te kunnen beschouwen.

Bij een ponybrug bevindt de bovenbouw zich boven en naast de rijbaan, maar zijn er geen hoofdsteunen aanwezig. De term “pony” wordt normaal gesproken alleen gebruikt voor vakwerkbruggen, hoewel sommige ligger- en boogbruggen ook in deze vorm voorkomen, ook al worden ze meestal niet als zodanig beschreven. Wat een “pony girder” of “pony arch” brug lijkt, wordt normaal beschreven als een “doorgaande ligger” of “doorgaande boog”.”

Bij een dekbrug bevinden de bovenbouw en eventuele verbanden zich onder de rijweg.

Balk- en liggerbruggen

Vergeleken met meerliggerbruggen hebben dekliggerbruggen grotere en minder liggers, en rust het wegdek op dwarsdragers die tussen de liggers overspannen.

Doorliggerbruggen zijn qua ontwerp vergelijkbaar met dekliggers, behalve dat de liggers boven de rijbaan uitsteken. Dwarsdragers blijven onder het dek.

Een betonnen t-balk is een veel voorkomend type betonnen liggerbrug waarbij de liggers integraal met het dek zijn gegoten en in het dwarsaanzicht een repeterende “T”-vorm vormen.

Bij een slab wordt de brug ondersteund door een bovenbouw die als een enkele massieve balk over de versperring fungeert. Hoewel dit meestal met gewapend beton wordt geassocieerd, kan ook hout worden gebruikt.

Vakwerkbruggen

Vakwerkbruggen zijn een vorm van een balkbrug, waarbij een driehoekig raamwerk van leden en koorden een constructie vormt die als een grote balk fungeert. Vakwerkbruggen worden beschreven aan de hand van de opstelling van de spanten: dekspanten (onder de rijweg), ponyspanten (boven de rijweg, maar zonder bovenloopse schoren), en doorgaande spanten (boven de rijweg, met bovenloopse schoren). Onderzoekers kunnen opmerken dat doorgaande vakwerkbruggen in het verleden soms hoge vakwerken werden genoemd, en ponysvakwerkbruggen soms lage vakwerken.

Vakwerkbrugonderdelen

Metal Truss Bridge Configurations

Metalen vakwerkbruggen zijn er in een grote verscheidenheid van opstellingen en configuraties, zoals hieronder getoond. De meeste van de volgende vakwerkliggerontwerpen zijn aangepast aan die welke verschenen in J.A.L. Waddell’s boek Bridge Engineering uit 1916 en voor het grootste deel blijven ze vandaag de dag relevant met slechts kleine naams- en classificatiewijzigingen zoals hieronder vermeld.

Pratt: De Pratt truss is een van de meest voorkomende vakwerkconfiguraties.

Pratt Half-Hip: Bij sommige Pratt-pony truss-bruggen ontbreken de verticale heupdelen, en deze staan bekend als half-hip Pratt truss-bruggen.

Whipple (Double-Intersection Pratt): Deze variatie op de Pratt was gebruikelijk voor langere overspanningen in de 19e eeuw.

Howe: Diagonalen volgen de tegenovergestelde oriëntatie als die van de Pratt. De Pratt kwam meer voor op metalen tralieliggers, terwijl de Howe meer voorkwam op houten tralieliggers.

Parker: Een Pratt-spant met een veelhoekige topkoorde. Wordt gebruikt voor grotere overspanningen.

Camelback: Een Parker-spant met precies vijf hellingen naar de topkoorde (inclusief eindstijlen).

Baltimore: Een Pratt-spant met onderverdeelde panelen. Twee veel voorkomende vormen hierboven weergegeven.

Pennsylvania (Petit) Truss: Een Parker spant met onderverdeelde panelen. Twee veel voorkomende vormen hierboven afgebeeld. Tegenwoordig worden Pennsylvania vakwerkbruggen met vijf hellingen van de topkoorde meestal gewoon “Pennsylvania” vakwerk genoemd, maar ze kunnen ook als “Camelback Pennsylvania vakwerk” worden genoteerd. Pennsylvania vakwerkspanten werden gebruikt voor lange overspanningen, waaronder enkele van de langste eenvoudige overspanningen ooit gebouwd.

Warren: In het boek van Waddell werd onderscheid gemaakt tussen een “driehoekig” en een “Warren”-type vakwerkligger, maar tegenwoordig staan alle varianten bekend als Warren vakwerkbruggen.

Warren (Met Vertikalen): De meeste Warren vakwerkbruggen hebben verticale leden, hoewel de frequentie van de verticalen kan variëren. Warren-spanten (met of zonder verticale delen) waren een veel voorkomend spanttype.

Double-Intersection Warren: Dit ontwerp kan worden gezien als twee boven elkaar geplaatste Warren-spanten met een offset boven elkaar.

Vakwerkligger: Drievoudig insnijdingsvakwerk, viervoudig insnijdingsvakwerk en vijfvoudig insnijdingsvakwerk van het Warren vakwerk worden gewoonlijk eenvoudig “vakwerkspanten” genoemd. Soms wordt de Quadruple Intersection Warren ook wel een Quadrangular Warren genoemd.

K-Truss: Uitgevonden tijdens de bouw van de Quebec Bridge, kan de K-Truss op verschillende manieren worden opgesteld, met twee oriëntaties hierboven afgebeeld. De topkoorde hoeft niet veelhoekig te zijn.

Bollman: Een ongebruikelijk vakwerkliggerontwerp dat werd gebruikt op enkele van de vroegste ijzeren spoorwegbruggen.

Fink: Een ongebruikelijk vakwerkontwerp dat werd gebruikt op enkele van de vroegste ijzeren spoorwegbruggen.

Bowstring (Parabolic): Deze vorm van tralieliggers heeft meestal een gebogen topkam en wordt soms ook een “boogspant” genoemd. Meestal gebruikt in de jaren 1870 als een vroege metalen vakwerkligger.

Kingpost: Gebruikt voor zeer korte overspanningen.

Koninginnepaal: Wordt gebruikt voor zeer korte overspanningen. Kan al dan niet het “X”-patroon van diagonalen in het midden hebben.

Waddell “A”-spant: Dit vakwerk, soms A-frame vakwerk genoemd, werd in kleine hoeveelheden gebouwd.

Lenticular: De meeste exemplaren in de Verenigde Staten zijn gebouwd naar een gepatenteerd ontwerp van de Berlin Iron Bridge Company uit East Berlin, Connecticut.

Kellogg: Een archaïsche en zeldzame gebintvorm.

Post: Een archaïsche en zeldzame gebintvorm.

Pegram: Een archaïsche en zeldzame gebintvorm.

Thacher: Een archaïsche en zeldzame gebintvorm. De exacte vorm kan enigszins variëren, geen van de bestaande voorbeelden volgt exact het ontwerp waarop Edwin Thacher patent heeft aangevraagd.

Stearns: Een archaïsche en zeldzame vakwerkvorm.

Metalen vakwerkverbindingen

Metalen vakwerkbruggen worden verder ingedeeld naar de wijze waarop de delen met elkaar zijn verbonden. Verbindingen kunnen worden gepend, geklonken, gebout of gelast.

Gepinde verbindingen, gebruikelijk van ca. 1870 tot 1910 waren eenvoudig in het veld te monteren, bestaand uit een grote draadpen die door alle leden gaat, en aan de uiteinden wordt vastgezet met moeren.

Geklonken verbindingen werden overbodig door de opkomst van geklonken verbindingen, die een meer stijve verbinding boden. Bij geklonken verbindingen werden de tralieliggers op een bevestigingsplaat geklonken om de elementen met elkaar te verbinden. Later werden klinknagels vervangen door bouten of lassen om de delen aan de spantplaten te bevestigen. Details voor bout- en lasverbindingen zijn vergelijkbaar met de hierboven getoonde geklonken verbinding.

Overdekte brug vakwerkconfiguraties

Houten overdekte bruggen zijn vakwerkbruggen gebouwd van hout en bedekt met een niet-structureel dak- en wandsysteem. Onder het dak en de wand bevinden zich vakwerkliggers. Net als metalen vakwerkbruggen hebben overdekte bruggen verschillende configuraties. Hoewel er enige overlap is tussen metalen en overdekte vakwerkconfiguraties, kunnen details voor vakwerkconfiguraties met dezelfde naam verschillen tussen overdekt en metaal, en er zijn veel overdekte vakwerkconfiguraties die niet in de metalen vakwerkconstructie werden gebruikt. Merk ook op dat hoewel het overheersende materiaal dat in overdekte bruggen wordt gebruikt hout is, ijzer soms in beperkte gebieden werd gebruikt, (ijzer presteerde beter dan hout voor trekstaven) en ijzer soms werd gebruikt voor het verbinden van de houten delen.

Boogbruggen

Boogbruggen zijn onderverdeeld in een groot aantal configuraties, afhankelijk van het materiaaltype dat bij de bouw wordt gebruikt. Steen, beton, of metaal zijn de drie meest voorkomende materialen, hoewel hout ook kan worden gebruikt.

Arch bruggen worden beschreven in twee regelingen: Dekbogen, waarbij de boog onder de rijweg ligt, en doorgaande bogen, waarbij de boog voor ten minste een deel van de overspanning boven de rijweg uitkomt.

Boogbrugtypen

De meeste boogbruggen functioneren door de krachten onder een hoek in de zijkant van de landhoofden of pijlers aan elk uiteinde van de overspanningen te duwen. Daarom hebben ze vaak schuine opleggingen die scheefzakkingen worden genoemd.

Staalboogbruggen en betonnen doorgaande boogbruggen worden soms ontworpen als “gekoppelde” boogbruggen, waarbij een grote balk elk uiteinde van de boog verbindt. In deze gevallen kan de brug als een liggerbrug op zijn pijlers of landhoofden rusten, waarbij een horizontaal lager de krachten verticaal in de onderbouw stuurt.

Betonnen boogbrugconfiguraties

Open Spandrel-boog: Een type dekboogbrug, zoals hierboven afgebeeld, maakt gebruik van verticale kolommen om het dek met de boog te verbinden.

Gesloten Spandrelboog: Een type dekboogbrug waarbij massieve betonnen wanden worden gebruikt om het dek met de boog te verbinden. Gesloten spitsboogbruggen bevatten vaak een aarden vulling die is verborgen in de betonnen “doos” die wordt gevormd door het dek en de bovenbouw, bestaande uit een boog die even breed is als de brug zelf. Als de brug echter het uiterlijk heeft van zich herhalende boogvormige balken onder het dek, wordt hij een “geribde” boogbrug genoemd.

Through (Rainbow) Arch: Wanneer bij betonnen boogbruggen de boog zich boven de rijweg bevindt, wordt deze vaak regenboogboog genoemd.

Stenen boogbrugconfiguraties

Stenen boogbruggen zijn bijna altijd dekbogen, en gesloten spandrel in configuratie. Ingenieurs kunnen stenen boogbruggen categoriseren op basis van de vorm van de boog (halfrond, segmentvormig of elliptisch).

Een halfronde boog bestaat uit een boog die de vorm heeft van een halve cirkel.

Een segmentboog bestaat uit een boog die de vorm heeft van minder dan de helft van een cirkel.

Elliptische boog bestaat uit een boog die de vorm heeft van een half ovaal.

Stalen boogbrugconfiguraties

Staalen boogbruggen kunnen, net als betonnen boogbruggen, worden ingericht als dekboogbruggen of doorgaande boogbruggen. Stalen boogbruggen worden verder gecategoriseerd op basis van het ontwerp van de boogrib, de aanwezigheid van scharnieren, en eventuele verbanden.

Als de boogrib een massieve of kokerbalk is, is het een “massief geribde” boogbrug.

Indien de boogrib is ontworpen uit veel verschillende leden en koorden, vergelijkbaar met een vakwerkbrug, is de brug een “geschoorde ribben”-boogbrug.

Op dekboogbruggen worden naast de verticale kolommen soms ook diagonale schoren aangebracht. In deze gevallen staat de brug bekend als een boogbrug met schoorverbindingen.

Staalboogbruggen kunnen reusachtige pennen hebben die “scharnieren” worden genoemd in het ontwerp. Een brug kan alleen scharnieren aan de schuine kanten (opleggingen) hebben (een boogbrug met twee scharnieren).

Een stalen boogbrug kan ook een derde scharnier hebben bij de kruin (middenoverspanning), waardoor het een boogbrug met drie scharnieren wordt.

Als er geen scharnieren aanwezig zijn, staat een stalen boogbrug bekend als een scharnierloze boogbrug.

Hangbruggen

Een hangbrug bestaat uit een dek dat wordt vastgehouden onder hoofdkabels die over de overspanning zijn gespannen vanuit hoge torens die boven het dek uitsteken. Het dek is met de hoofdkabel verbonden via ophangkabels die het dek aan de hoofdkabels “ophangen”. De uiteinden van de hoofdkabel (de zogenaamde achterstagen) worden op hun plaats gehouden door ankerpunten. Hangbruggen bestaan meestal uit drie overspanningen die op hun plaats worden gehouden door het ophangsysteem, bestaande uit een centrale overspanning, geflankeerd door “anker”- of “zij”-overspanningen. Het dek zelf wordt door middel van een verstijvingssysteem stijf gehouden tegen de wind en de belastingen die over de brug komen. Het verstijvingssysteem kan de vorm aannemen van verschillende eenvoudige brugtypes. Bij historische bruggen neemt het verstijvingssysteem meestal de vorm aan van een vakwerkligger (pony, doorgaand of dek) of ligger (doorgaand of dek).

Hangbrugconfiguraties

Een hangbrug met drie overspanningen, waarbij elk van de drie overspanningen aan een hoofdkabel is opgehangen, is de meest voorkomende configuratie van een hangbrug.

Een zeldzaam ontwerp van een hangbrug elimineert het gebruik van grote verankeringen door de brug met zichzelf te verbinden: de hoofdkabels worden rechtstreeks aan de bovenbouw van de brug bevestigd aan de uiteinden van de brug, waardoor een zelfverankerde hangbrug wordt gevormd.

Sommige hangbruggen hebben slechts één enkele hangoverspanning. In dat geval wordt de hoofdkabel een ongeladen achterstagkabel die rechtstreeks van de top van de toren naar de verankering loopt. Bij hangbruggen met één overspanning kunnen eenvoudige aanloopoverspanningen worden aangetroffen die het dek ondersteunen op de plaats waar de zij- en ankeroverspanningen zich in een hangbrug met drie overspanningen zouden bevinden. Deze layout wordt hierboven getoond.

Hoofdkabelsoorten

De hoofdkabel kan de vorm aannemen van een draadkabel, of een oogbalkketting. Eyebar-kettingbruggen zijn zeldzaam; de meeste hangbruggen gebruiken een of andere vorm van staalkabel voor de kabel.

Bruggen met tuikabels

Eén van de veel voorkomende typen van de basishangbrugvorm is de tuikabelbrug. In een tuibrug, de individuele hangkabels direct verbinding maken van de toren naar het dek, zonder bovenleiding hoofdkabel betrokken. Kabel-vast bruggen hebben de neiging stabieler te zijn dan traditionele hangbruggen, en hebben dus vaak geen grote verstijvingsspanten en liggers. Kabelstijgbruggen kunnen kabels hebben die op verschillende manieren zijn geconfigureerd.

Kabelconfiguraties

Torenconfiguraties

Double Vertical Plane (Parallel): Als de kabels zich vanuit dubbele palen (één paal voor elke zijde van het dek) naar beide zijden van het dek uitstrekken, is er sprake van een tuibrug met een dubbel verticaal vlak.

Double Vertical Plane (Inclined): Bij een dubbel verticaal vlak kunnen de palen ook schuin staan.

Single Vertical Plane (enkel verticaal vlak): Als de kabels zich vanuit enkele palen in het midden van het dek naar beide zijden van het dek uitspreiden, is er sprake van een tuibrug met één verticaal vlak.

Beweegbare bruggen

Veel van de hierboven beschreven brugtypen kunnen worden ontworpen naast mechanische voorzieningen om de brug in staat te stellen een waterweg vrij te maken en plaats te maken voor boten die anders in gesloten toestand niet onder de brug zouden passen. Deze beweegbare bruggen worden gecategoriseerd op basis van het ontwerp van de mechanische elementen die de beweging van de brug mogelijk maken.

Basculebruggen

Basculebruggen draaien omhoog om open te gaan voor boten. Ze bevatten een contragewicht om de overspanning in evenwicht te houden en relatief kleine motoren in staat te stellen het grote blad omhoog te brengen.

Als de overspanning uit twee omhooggaande basculebladen bestaat, is de brug een dubbelvleugelige bascule. De meeste basculebruggen zijn dubbelvleugelig.

Als de overspanning bestaat uit twee basculebladeren die omhoog komen, is de brug een dubbelvleugelige bascule. De meeste basculebruggen voor snelwegen zijn dubbelvleugelig.

Basculebrugconfiguraties

Van de beweegbare brugtypen vertonen basculebruggen de meeste variatie in mechanische werking. De volgende basculeontwerpen zijn overgenomen uit het boek Bridge Engineering van J.A.L. Waddell uit 1916 en zijn voor het grootste deel nog steeds relevant, met slechts kleine wijzigingen in naam en indeling, zoals hieronder vermeld.

Vast torsiegewicht (type Chicago): Het contragewicht is bevestigd aan het blad, en het blad draait rond een vast scharnierpunt. Het ontwerp werd voor het eerst gebruikt in de Tower Bridge in Londen, maar werd gemoderniseerd en populair gemaakt door de stad Chicago.

Scherzer Rolling Lift: Dit type bascule draait op een spoor, en heeft een tegengewicht dat aan het blad is bevestigd. Uitgevonden in 1893 door Albert Scherzer en gepopulariseerd door zijn broer William Scherzer.

Strauss Bascule: Joseph Strauss vond zijn eigen basculebrug uit met een apart scharnier voor het contragewicht. Het contragewicht is dus niet aan het blad bevestigd. Dit bovenloopse contragewichtontwerp kon ook worden aangepast aan een ontwerp waarbij het contragewicht onder de rijweg was verborgen.

Heel-Trunnion: Deze variant op de Strauss-bascule staat bekend om zijn parallellogramvorm en heeft meestal de hierboven getoonde vorm. Het contragewicht bevindt zich altijd boven de rijweg.

Page: Een zeldzaam bascule-ontwerp.

Rall: Een zeldzaam bascule ontwerp.

Draaibruggen

Een beweegbare brug type, draaibruggen zijn meestal ingedeeld in twee grote categorieën op basis van hoe ze rusten op de swing pier, zoals hieronder opgemerkt. De meeste draaibruggen zijn symmetrisch (middenpijler), maar als de pijler zich niet in het midden bevindt, is de brug een bobtail-draaibrug en kan aan het kortere uiteinde een contragewicht aanwezig zijn.

Draaibrugconfiguraties

Randlager: Spanwijdte draagt op de cirkelvormige baan rond de rand. Heeft meestal een dichte reeks van talrijke rollen rond de rand.

Center Bearing: Spanwijdte draagt op één enkel punt in het midden van de draaipijler. Er kunnen dus minder rollen rond de rand zijn, aangezien deze alleen dienen om het vakwerk te geleiden tijdens het bewegen, en niet dragend zijn.

Sommige draaibruggen zijn zo ontworpen dat de draaipijler zich niet in het midden van de brug bevindt, waarbij één arm een draaibare overspanning over de waterweg biedt, en een andere, kortere arm een contragewicht heeft om de brug in evenwicht te houden. Deze zijn bekend als bobtail draaibruggen.

Verticale hefbruggen

Een beweegbaar brugtype, verticale hefbruggen stijgen direct omhoog om ruimte voor boten te bieden. De twee meest voorkomende vormen gebruiken hoge torens die tegengewichten huisvesten die bewegen om de spanwijdte in evenwicht te houden terwijl het door motoren wordt opgeheven. Deze typen verticale hefbruggen worden gecategoriseerd op basis van waar deze motoren zich bevinden.

Vertical Lift Bridge Parts

Het bovenstaande schema, gemaakt door de beroemde verticale hefbrug ingenieur J. A. L. Waddell toont de vele onderdelen van een verticale hefbrug.

Verticale hefbrugconfiguraties

Veel verticale hefbruggen huisvesten de motoren op de hefoverspanning zelf, met een reeks kabels die van de overspanning en naar de toren leiden om het tegengewicht en de hefkabels (uphaul) te bewegen. Dit zijn vaak oudere verticale hefbruggen, die “Span Drive Vertical Lift Bridges” worden genoemd.

Andere verticale hefbruggen huisvesten de motoren op de torens, meestal bovenaan naast de schijven. Deze zijn bekend als Tower Drive Vertical Lift Bridges, en ze hebben de neiging om nieuwere verticale hefbruggen zijn.