Historic Bridge Foundation

Inledning

Broar är konstruerade på många olika sätt och identifieras ofta av de material de är byggda av och de konstruktioner som konstruerats med hjälp av dessa material. Följande diagram kan användas för att hjälpa till att identifiera broar som du kan se under dina resor.

En anmärkning om broformer

På den enklaste nivån av teknisk konstruktion finns broar i tre grundläggande former: balkar, valv och upphängning. Från dessa tre grundläggande broformer uppstår många olika brotyper som beskrivs nedan. Vissa brotyper är ytterligare indelade i en mängd olika konfigurationer och överbyggnadsarrangemang. Ett antal brotyper kan förses med mekaniska element som gör det möjligt för dem att röra sig för att ge utrymme för båtar. Rörliga broar kategoriseras enligt den mekaniska konstruktion som gör det möjligt för dem att röra sig, och de olika typerna av rörliga broar finns också i en mängd olika konfigurationer.

Grundläggande om broar

Brodelar

Spänntyper

Simpla spännvidder har en strukturellt oberoende överbyggnad som bildar varje brospann.

Kontinuerliga spännvidder har vad som ser ut som en överbyggnad med en enda spännvidd, men stöds av pelare på en eller flera punkter.

Kantutliggande spännvidder har spännvidder som sträcker sig utåt från ett underbyggnadselement och slutar på en plats som inte stöds av ett underbyggnadselement. Dessa utåtriktade fribärande armar balanseras av den andra halvan av spännsystemet, som sträcker sig i motsatt riktning mot piren och bildar en ankararm.

Många fribärande spännvidder har fribärande armar som, i stället för att sträcka sig hela vägen för att möta en motsatt fribärande arm, stannar strax utanför mitten för att hålla ett upphängt spännvidd på plats.

Överbyggnadsarrangemang

Broarrangemang hänvisar till läget för däcket (vägbanan) i förhållande till överbyggnaden av bron.
Inte alla brotyper använder sig av denna nomenklatur. Dessa termer används vanligen med fackverksbroar, och två av termerna används också vanligen med båg- och balkbroar.

Med en genomgående bro ligger överbyggnaden bredvid vägbanan. Med fackverksbroar måste det också finnas överliggande stag för att bron ska betraktas som en genomgående fackverksbro.

Med en ponnybro är överbyggnaden ovanför och bredvid vägbanan, men det finns inga överliggande stag för att den ska betraktas som genomgående. Termen ”ponny” används normalt bara när man beskriver fackverksbroar, även om du kommer att upptäcka att vissa balk- och bågbroar också förekommer i denna form, även om de vanligtvis inte beskrivs som sådana. Det som kan tyckas vara en bro med ”ponnybalk” eller ”ponnybåge” beskrivs normalt som en ”genomgående balk” eller ”genomgående båge.”

Med en däcksbro ligger överbyggnaden, liksom eventuella stag, under vägbanan.

Balk- och balkbroar

Vid jämförelse med flerbalkbroar har däckbalkbroar större och färre balkar, och vägbanan vilar på tvärgående golvbalkar som spänner mellan balkarna.

Trough girder bridges are similar in design to deck girders, except that the girders rise above the roadway. Tvärgående golvbalkar ligger kvar under däcket.

En T-balk i betong är en vanlig typ av betongbalkbro där balkarna gjuts integrerat med däcket och bildar en upprepad T-form i tvärgående vy.

I en slabbro bärs bron upp av en överbyggnad som fungerar som en enda fast balk över hindret. Även om det oftast förknippas med armerad betong kan även trä användas.

Spännbroar

Spännbroar är en form av balkbroar, där ett triangulärt ramverk av element och ackord bildar en struktur som fungerar som en stor balk. Spännbroar beskrivs enligt spännarnas placering: däckspännare (under vägbanan), ponnyspännare (ovanför vägbanan, men utan överliggande stöttning) och genomgående spännare (ovanför vägbanan, med överliggande stöttning). Forskare kan notera att genomgående fackverksbroar historiskt sett ibland kallades höga fackverk och ponny fackverk ibland kallades låga fackverk.

Fackverksbrodelar

Metalltrussbrokonfigurationer

Metalltrussbroar finns i ett stort antal olika arrangemang och konfigurationer som visas nedan. De flesta av följande fackverkskonstruktioner är anpassade från dem som fanns i J.A.L. Waddells bok Bridge Engineering från 1916 och för det mesta är de fortfarande relevanta idag med endast mindre namn- och klassificeringsändringar enligt nedan.

Pratt: Pratttrussen är en av de vanligaste fackverkskonfigurationerna.

Pratt Half-Hip: Vissa Pratt ponny truss broar saknar höft vertikala element och är kända som Pratt truss broar med halv höft.

Whipple (Double-Intersection Pratt): Denna variant av Pratt var vanlig för längre spännvidder på 1800-talet.

Howe: Diagonaler följer den motsatta orienteringen som Pratt. Pratt var vanligare på metallspant, medan Howe var vanligare på träspant.

Parker: Ett Pratt fackverk med ett polygonalt överliggare. Används för längre spännvidder.

Camelback: Ett Parker fackverk med exakt fem lutningar till övre chordet (inklusive ändstolpar).

Baltimore: En Pratt-balken med indelade paneler. Två vanliga former visas ovan.

Pennsylvania (Petit) Truss: En Parker-truss med underindelade paneler. Två vanliga former visas ovan. I dag brukar Pennsylvania fackverksbroar med fem lutningar på det övre chordet helt enkelt kallas ”Pennsylvania”-fackverk, men skulle kunna noteras som ”Camelback Pennsylvania trusses”. Pennsylvanias fackverk användes för långa spännvidder, inklusive några av de längsta enkla spännvidder som någonsin konstruerats.

Warren: Även om Waddells bok gjorde skillnad mellan en ”triangulär” och en ”Warren”-typ av fackverksbroar, så kallas idag alla varianter för Warren fackverksbroar.

Warren (With Verticals): De flesta Warren-broar med fackverk har vertikala element, även om frekvensen av vertikala element kan variera. Warren-balkar (med eller utan vertikaler) var en vanlig fackverkstyp.

Double-Intersection Warren: Denna konstruktion kan ses som två Warren-balkar som är överlagrade och förskjutna ovanpå varandra.

Lattice Truss: Tredubbelt korsande, fyrdubbelt korsande och femdubbelt korsande Warren-balkar kallas vanligen helt enkelt för ”fackverksbalkar”. Ibland kallas Warren med fyrdubbel skärning även för Quadrangular Warren.

K-Truss: K-Truss uppfanns under byggandet av Quebecbron och kan arrangeras på flera olika sätt, varav två inriktningar visas ovan. Det övre ackordet behöver inte vara polygonalt.

Bollman: En ovanlig fackverkskonstruktion som användes på några av de tidigaste järnvägsbroarna av järn.

Fink: En ovanlig fackverkskonstruktion som användes på några av de tidigaste järnvägsbroarna.

Bowstring (parabolisk): Denna form av fackverk har vanligtvis ett böjt övre ackord och kallas ibland även för ”bågformigt fackverk”. Vanligast förekommande på 1870-talet som en tidig metallspantform.

Kingpost: Används för mycket korta spännvidder.

Queenpost: Används för mycket korta spännvidder. Kan ha eller inte ha ”X”-mönster med diagonaler i mitten.

Waddell ”A” Truss: Detta fackverk, som ibland kallas A-Frame truss, byggdes i små mängder.

Lenticular: De flesta exemplen i USA byggdes enligt en patenterad konstruktion av Berlin Iron Bridge Company i East Berlin, Connecticut.

Kellogg: En ålderdomlig och sällsynt fackverksform.

Post: En ålderdomlig och sällsynt fackverksform.

Pegram: En ålderdomlig och sällsynt fackverksform.

Thacher: En ålderdomlig och sällsynt fackverksform. Den exakta formen kan variera något, inga existerande exempel följer exakt den konstruktion som Edwin Thacher patenterade.

Stearns: En ålderdomlig och sällsynt fackverksform.

Metallspärrförbindelser

Metallspärrbroar klassificeras vidare efter det sätt på vilket elementen är sammanfogade. Förbindelserna kan vara stiftförsedda, nitade, bultade eller svetsade.

Stiftförband, som var vanliga från ca 1870 till 1910, var lätta att montera i fält och bestod av en stor gängad stift som passerar genom alla delar och fästs i ändarna med muttrar.

Pinnförbindelser blev föråldrade genom uppkomsten av nitade anslutningar, som erbjöd en mer styv förbindelse. Med nitade anslutningar nitades fackverkselement till en kilplatta för att förbinda elementen. Senare ersattes bultar eller svetsar av nitar för att fästa elementen på kilplattorna. Detaljerna för bultade och svetsade anslutningar liknar den nitade anslutningen som visas ovan.

Täckta broars fackverkskonfigurationer

Täckta broar i trä är fackverksbroar som är byggda av timmer och täckta med ett icke-strukturellt tak- och väggsystem. Under taket och väggen finns fackverkselement. Liksom fackverksbroar av metall har täckta broar olika konfigurationer. Även om det finns en viss överlappning mellan metall och täckta fackverkskonfigurationer kan detaljerna för fackverkskonfigurationer med samma namn skilja sig åt mellan täckta och metall, och det finns många täckta fackverkskonfigurationer som inte användes i fackverkskonstruktioner av metall. Observera också att även om det dominerande materialet i täckta broar är trä, användes järn ibland i begränsade områden (järn fungerade bättre än trä som spänningselement) och järn användes ibland för att förbinda träelementen.

Bågbroar

Bågbroar är indelade i en rad olika konfigurationer, beroende på vilken materialtyp som används i konstruktionen. Sten, betong eller metall är de tre vanligaste materialen, även om timmer också kan användas.

Bågbroar beskrivs i två arrangemang: Däcksbågar, med bågen under vägbanan, och genomgående bågar, med bågen som höjer sig över vägbanan under åtminstone en del av spännvidden.

Bågbrotyper

De flesta bågbroar fungerar genom att krafterna trycks in i en vinkel i sidorna av abutmenten eller pelarna i varje ände av spännvidden. Därför har de ofta vinklade lager som kallas skewbacks.

Stålvalvsbroar och genomgående valvbroar i betong är ibland utformade som ”bundna” valvbroar, där en stor balk förbinder varje ände av valvet. I dessa fall kan bron vila på sina pirar eller abutments som en balkbro, med ett horisontellt lager som skickar krafter vertikalt in i underbyggnaden.

Betongbågbrokonfigurationer

Öppen spandrelbåge: En typ av däckbågsbro, som visas ovan, använder vertikala pelare för att förbinda däcket med bågen.

Sluten spandrelbåge: En typ av däckbågbro som använder solida betongväggar för att förbinda däcket med bågen. Slutna spandrelbågsbroar innehåller ofta en jordfyllning som är gömd inuti den ”låda” av betong som bildas av däcket och överbyggnaden och som består av en båge som är lika bred som själva bron. Alternativt, om bron har utseendet av upprepade bågformade balkar under däcket, kallas den för en ”ribbad” valvbro.

Through (Rainbow) Arch: För betongbågsbroar, när bågen är ovanför vägbanan, kallas den ofta för en regnbågsbåge.

Stenbågsbroar

Stonbågsbroar är nästan alltid däckbågar och har en sluten spandrel-konfiguration. Ingenjörer kan kategorisera stenbågsbroar utifrån bågens form (halvcirkelformad, segmentformad eller elliptisk).

En halvcirkelformad båge består av en båge som är i form av en halvcirkel.

En segmental båge består av en båge som har formen av mindre än en halv cirkel.

En elliptisk båge består av en båge som har formen av en halv oval.

Konfigurationer av stålbågsbroar

Stålbågsbroar kan, liksom betongbågsbroar, arrangeras som däckbågsbroar eller genomgående bågbroar. Stålbågsbroar kategoriseras vidare utifrån utformningen av bågribban, förekomsten av gångjärn och eventuella förband.

Om bågribban är en solid eller boxbalk är det en ”solid ribbad” bågbro.

Om bågribban är konstruerad av många olika element och ackord, likt en fackverksbro, är bron en ”stagad ribbad” bågbro.

Däckbågsbroar innehåller ibland diagonala förband utöver de vertikala pelarna. I dessa fall kallas bron för en spandrelförstärkt bågbro.

Stålbågbroar kan ha gigantiska stift som kallas ”gångjärn” i konstruktionen. En bro kan ha gångjärn endast vid skewbacks (lager) (en bågbro med två gångjärn).

En bågbro av stål kan också ha ett tredje gångjärn vid kronan (mitt på spännvidden), vilket gör den till en bågbro med tre gångjärn.

Om det inte finns några gångjärn kallas en stålbågsbro för en gångjärnslös bågbro.

Hängbroar

En hängbro består av ett däck som hålls under huvudkablar som spänns ut över spännvidden från höga torn som reser sig ovanför däcket. Däcket är kopplat till huvudkabeln via upphängningskablar som ”hänger” däcket från huvudkablarna. Huvudkabelns yttersta ändar (så kallade backstays) hålls på plats av förankringar. Hängbroar består vanligtvis av tre spännvidder som hålls på plats av upphängningssystemet, som består av en central spännvidd, flankerad av ”förankrings-” eller ”sidospännvidder”. Själva däcket hålls styvt i närvaro av vind och de laster som passerar över bron med hjälp av ett förstyvningssystem. Förstärkningssystemet kan utgöras av olika enkla brotyper. För historiska broar har det styva systemet vanligtvis formen av ett fackverk (ponny, genomgående eller däck) eller en balk (genomgående eller däck).

Hängbrokonfigurationer

En hängbro med tre spännvidder, där var och en av de tre spännvidderna är upphängd från en huvudkabel, är den vanligaste konfigurationen av en hängbro.

En sällsynt utformning av hängbro eliminerar användningen av stora förankringar genom att förbinda bron med sig själv: huvudkablarna fästs direkt på broöverbyggnaden vid broens ändar, vilket bildar en självförankrad hängbro.

Vissa hängbroar har endast ett enda hängande spann. I detta fall blir huvudkabeln en obelastad backstagkabel som går direkt från tornets topp ner till förankringen. Vid hängbroar med en enda spännvidd kan det förekomma enkla tillfartssträckor som stöder däcket där sido-/förankringssträckorna skulle vara i en hängbro med tre spännvidder. Denna utformning visas ovan.

Huvudkabeltyper

Huvudkabeln kan ha formen av en trådkabel eller en öglokedja. Ögonkedjebroar är sällsynta; de flesta hängbroar använder någon form av ståltråd för kabeln.

Kabeldragna broar

En av de vanligaste typerna av den grundläggande formen av hängbroar är en den kabeldragna bron. I en kabelstagen bro är de enskilda upphängningskablarna direkt anslutna från tornet till däcket, utan att någon huvudkabel med kedja är inblandad. Kabelförlagda broar tenderar att vara mer stabila än traditionella hängbroar och har därför ofta inga stora förstyvande fackverk och balkar. Kabelförlagda broar kan ha kablar som är konfigurerade på olika sätt.

Kabelkonfigurationer

Tornkonfigurationer

Dubbel vertikalplan (parallell): Om kablarna sträcker sig ut på båda sidor av däcket från dubbla stolpar (en stolpe på varje sida av däcket) är det en dubbel vertikalplan kabelskjuten bro.

Dubbel vertikalplan (lutande): I ett dubbelt vertikalt plan kan stolparna också vara lutande.

Enkel vertikalt plan: Om kablarna breder ut sig till däckets båda sidor från enstaka stolpar i däckets mitt är det en kabelförlagd bro med enkelt vertikalt plan.

Rörliga broar

Många av de brotyper som beskrivs ovan kan utformas tillsammans med mekaniska funktioner som gör det möjligt för bron att rensa en vattenväg och bereda plats för båtar som annars inte skulle få plats under bron när den är stängd. Dessa rörliga broar kategoriseras utifrån utformningen av de mekaniska funktioner som möjliggör broens rörelse.

Basculära broar

Basculära broar roterar uppåt för att öppna för båtar. De innehåller en motvikt för att balansera spännvidden och gör det möjligt för relativt små motorer att lyfta det stora bladet.

Om spännvidden består av två baskuleblad som höjer sig upp är bron en dubbelbladig baskule. De flesta baskulebroar på motorvägar är dubbelbladiga.

Om spännvidden består av två baskuleblad som höjer sig är bron en dubbelbladig baskule. De flesta motorvägsbaskelbroar är dubbelbladiga.

Bascule Bridge Configurations

Av de rörliga brotyperna uppvisar baskelbroar den största variationen i mekanisk drift. Följande konstruktioner är anpassade från de konstruktioner som fanns i J.A.L. Waddells bok Bridge Engineering från 1916, och för det mesta är de fortfarande relevanta i dag, med endast smärre namn- och klassificeringsändringar enligt nedan.

Fixed-Trunnion (Chicago Type): Motvikten är fast monterad på bladet, och bladet roterar runt en fast tapp. Konstruktionen användes först i Londons Tower Bridge och moderniserades och gjordes populär av staden Chicago.

Scherzer Rolling Lift: Denna typ av bascule roterar på en räls och har en motvikt som är fäst vid bladet. Uppfanns 1893 av Albert Scherzer och populariserades av hans bror William Scherzer.

Strauss Bascule: Joseph Strauss uppfann sin variant av en baskulebro med tappstång som är känd för att ha en separat tappstång för motvikten. Som sådan är motvikten inte fäst vid bladet. Denna konstruktion med överliggande motvikt kunde också anpassas till en konstruktion där motvikten var dold under vägbanan.

Heel-Trunnion: Denna variant av Strauss-kulvertet är känd för sin parallellogramform och har vanligtvis den form som syns ovan. Motvikten är alltid ovanför vägbanan.

Sida: En sällsynt baskulekonstruktion.

Rall:

Svängbroar

Svängbroar är en rörlig brotyp och delas vanligtvis in i två huvudkategorier beroende på hur de vilar på svängpiren enligt nedan. De flesta svängbroar är symmetriska (mittpiren) men om piren inte är i mitten är bron en bobtail svängbro och en balanserande motvikt kan finnas i den kortare änden.

Svängbrokonfigurationer

Rimlager: Spännvidden bär på den cirkulära banan runt fälgen. Har vanligtvis en tät serie av många rullar runt fälgen.

Centerlager: Spännvidden bär på en enda punkt i mitten av svängpiren. Som sådan kan det finnas färre rullar runt fälgen eftersom de endast tjänar till att styra fackverket när det rör sig och inte är bärande.

En del svängbroar är utformade så att svängpiren inte ligger i mitten av bron, med en arm som erbjuder en svängspännvidd över vattenvägen, och en annan kortare arm som har en motvikt för att hålla bron i balans. Dessa kallas bobtail svängbroar.

Vertikala hissbroar

En rörlig brotyp, vertikala hissbroar reser sig direkt uppåt för att ge fri höjd för båtar. De två vanligaste formerna använder höga torn som rymmer motvikter som rör sig för att hålla spännvidden i balans när den lyfts av motorer. Dessa typer av vertikala hissbroar kategoriseras utifrån var dessa motorer är placerade.

Delar till vertikala hissbroar

Det ovanstående diagrammet, som skapats av den berömda konstruktören av vertikala hissbroar, J. A. L. Waddell, visar de många delarna i en vertikal hissbro.

Konfigurationer av vertikala hissbroar

Många vertikala hissbroar har motorerna placerade på själva lyftspannet, med en rad kablar som leder från spannet och upp till tornet för att förflytta motvikten och lyftkablarna (uphaul). Dessa kallas Span Drive Vertical Lift Bridges och tenderar att vara äldre vertikala hissbroar.

Andra vertikala hissbroar har motorerna placerade på tornen, vanligen högst upp vid sidan av remskivorna. Dessa är kända som Tower Drive Vertical Lift Bridges, och de tenderar att vara nyare vertikalhissbroar.